Historia druku laserowego

Idea urządzenia wykorzystującego do druku zjawisko elektrostatycznego przyciągania cząstek barwnika, nazwanego później tonerem, do naświetlonej selenowej płyty zrodziła się w głowie amerykańskiego studenta prawa i fizyki Chestera Carlsona ponad 70 lat temu, w 1938 r. Wykonał on pierwszą fotokopię dokumentu na opracowanym przez siebie powielaczu elektrofotograficznym.

Pierwszym tonerem zastosowanym przez Chestera Carlsona były sproszkowane skrzydełka ciem. Pyłek znajdujący się na nich nadawał przenoszonemu na papier wydrukowi kolor i odpowiednie w barwach szarości odcienie. Reszta materiału ze skrzydełek po podgrzaniu i "zaprasowaniu" zabezpieczała uzyskany rysunek na kartce przed roztarciem i rozsypaniem, tworząc powłokę ochronną. Tak narodziła się metoda tzw. suchego druku, leżąca u podstaw dzisiejszej kserografii i druku laserowego.

Chester Carlson przez kilka lat bezskutecznie usiłował sprzedać swój wynalazek m.in. takim przedsiębiorstwom, jak RCA, General Electric, Eastman Kodak czy IBM. W 1946 roku wynalazkiem Carlsona zainteresowała się jednak firma Haloid Company (obecnie znana pod nazwą Xerox), która zajmowała się wówczas produkcją papieru fotograficznego. Haloid Company w 1949 roku rozpoczęła produkcję pierwszej na świecie kserokopiarki - Xerox Model A. Urządzenie to wymagało wykonania kilkunastu czynności, aby otrzymać jedną odbitkę, m.in. samodzielnego naświetlenia płyty, posypania jej tonerem, ułożenia papieru i utrwalenia wydruku.

Używanie jako tonera sproszkowanych skrzydełek ciem było oczywiście niepraktyczne przy wydrukach wielostronicowych. Dlatego należało opracować inną metodę otrzymywania tonera. Na początku używano mieszaniny sproszkowanego grafitu lub roztartej sadzy, opiłków metalu (tzw. wywoływacza mającego na celu równomierne rozprowadzenie oraz utrzymanie drobin węgla w tonerze, a przede wszystkim poprawę jego właściwości elektrostatycznych) i sproszkowanej żywicy sosnowej. Ta ostatnia służyła zaś do przylepienia tonera na stałe do papieru oraz jego utrwalenia po podgrzaniu kartki.

Opisany powyżej klasyczny skład tonera do drukarki przetrwał do początku lat siedemdziesiątych. Później wraz z rozwojem kserografii, a następnie również drukarek laserowych sukcesywnie zmieniał się także skład produkowanych tonerów. Przede wszystkim konstruktorzy zastąpili naturalne żywice bądź to zmielonym polimerem, bądź też syntetyczną żywicą akrylową wymieszaną ze styrenowym wypełniaczem. Sproszkowany grafit, sadza oraz opiłki metalu są z powodzeniem do dziś stosowane w najbardziej popularnych czarnych tonerach. Dzieje się tak głównie ze względu na ich dużą trwałość, bardzo dobre krycie (dotyczy to zwłaszcza sadzy) oraz doskonałe właściwości elektrostatyczne, umożliwiające bezproblemowe przenoszenie na papier w przyzwoitej rozdzielczości nawet najbardziej skomplikowanych rysunków.

Najważniejszym problemem, z którym trzeba się było uporać, okazała się coraz większa rozdzielczość pracy drukarek laserowych i kserokopiarek. Jak wiadomo, dokładność odwzorowania dowolnej cienkiej linii zależy nie tylko od możliwości samej drukarki, ale też przede wszystkim od jakości wykorzystywanego tonera. Nie może się on rozsypywać poza wyznaczony obszar i nie powinien tworzyć poszarpanych krawędzi oraz białych, niewypełnionych obszarów na drukowanym wzorze. Warunek ten będzie spełniony, jeśli drobiny wchodzące w skład tonera są wystarczająco małe i gładkie. Im mniejszą zatem średnicę będą miały składniki, z których zrobiony jest toner, i im ich powierzchnia będzie gładsza, tym lepiej. Dlatego przy udoskonalaniu tonerów inżynierowie i chemicy wzięli na pierwszy ogień właśnie kształt oraz wielkość sproszkowanych składników tonera.
Najłatwiej było wygładzić i zmniejszyć drobiny polimerowego wypełniacza. Mechaniczne rozdrabnianie plastiku bądź żywicy akrylowej bardzo szybko zastąpiono co prawda bardziej skomplikowaną, ale dającą znacznie lepsze rezultaty termiczną metodą rozdrabniania. W sposobie tym rozgrzany, płynny plastik wydmuchiwany jest pod wysokim ciśnieniem do komory, w której panuje niska temperatura, przez dysze o niewielkiej, mikronowej średnicy. W ten sposób żywica, gwałtownie stygnąc, tworzy w miarę równe, mikroskopijne, gładkie kuleczki.

To jednak był dopiero początek zmniejszania rozmiaru drobin i ulepszania kształtu cząsteczek wchodzących w skład tonera. Na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku usprawniono metodę produkcji równych drobin metalu używanego do produkcji tonera. Większość firm wytwarzających komponenty do tonerów zrezygnowała ze stosowania żelaznych bądź aluminiowych opiłków na rzecz miedzi.

Do produkcji w miarę gładkich, o równej wielkości drobin metalu i grafitu zaczęto też coraz częściej stosować nie mechaniczne rozdrabnianie, ale metody fizykochemiczne. W technologii tej bardzo drobno zmielony metal, sadza czy też rozpuszczone barwniki do kolorowych tonerów CMY w odpowiednich warunkach same równomiernie "rosną", tworząc agregaty cząsteczek. Dzięki temu udało się zmniejszyć wielkość ziaren do średnicy poniżej 25 mikrometrów przy zachowaniu w miarę foremnych, często sferycznych kształtów drobin tonera. Do proszku zaczęto też w trakcie procesu agregacji dodawać inne substancje chemiczne poprawiające właściwości elektrostatyczne, proces nanoszenie barwnika, uwypuklające kolor oraz pochłaniające nadmiar wilgoci przeszkadzającej w druku w wysokiej rozdzielczości.

Jak można się domyślić, poszczególne etapy produkcji oraz szczegółowy skład fizykochemiczny tonerów objęte są tajemnicą, którą firmy skrupulatnie chronią - dla przykładu: amerykański Xerox dysponuje obecnie ponad 15 tys. patentów związanych z tonerami. Wielu wytwórców alternatywnych materiałów eksploatacyjnych stara się odtworzyć oryginalne receptury, ale nie jest to proste.
W opisany powyżej sposób wytwarza się obecnie większość alternatywnych tonerów. Ich producentom udało się uzyskać wymiar drobin poniżej 10 mikrometrów. To w zupełności wystarcza, by swobodnie drukować z rozdzielczością do 1200 dpi. Jednak najwięksi producenci drukarek i mechanizmów do nich (m.in. Xerox, HP, Canon, Oki, Epson i Konica Minolta) zdążyli pójść już o krok dalej, rozpoczynając produkcję nowej generacji tonerów - tonerów chemicznych.

Co ciekawe, metody ich produkcji wywodzą się wprost z laboratoriów badawczych pracujących na potrzeby przemysłu kosmicznego. Tonery chemiczne powstały po to, by poprawić przede wszystkim laserowy druk barwny. W kolorowych drukarkach laserowych pojawiały się bowiem kłopoty z trwałością używanych do druku barwników organicznych. Podczas termicznego utrwalania wydruku pigmenty blakły, barwniki potrafiły się mieszać, nie dając tam, gdzie potrzeba, ostrych przejść tonalnych na gotowym wydruku, a kolory po krótkim czasie potrafiły wypłowieć. Trzeba więc było zacząć osłaniać barwnik woskami niewpływającymi na proces druku laserowego, a zabezpieczającymi utrwalone na kartce litery czy rysunki - stąd notabene bierze się lekko błyszcząca powierzchnia kolorowych kserokopii i wydruków pochodzących z drukarek laserowych.

Nałożenie wosku na toner nie jest sprawą prostą, dlatego w większości starszych konstrukcji drukarek laserowych stosowano oddzielne smarowanie zadrukowywanej powierzchni olejem silikonowym. Nanoszono go z dodatkowego pojemnika znajdującego się w kasecie. Pod koniec ubiegłego wieku naukowcy zajmujący się tonerami wpadli na genialny pomysł: zamiast nakładać wosk na cząsteczki barwnika, lepiej nałożyć barwnik na woskowe mikrogranulki - wosk w trakcie utrwalania termicznego wydruku i tak się wytopi, tworząc warstwę zabezpieczającą toner.

Jeśli szukasz najlepszych tonerów do drukarek zapraszamy do sklepu Tonery Otwock!

Ekologiczne drukowanie 3D

Odkąd zrozumiano, że nasza cywilizacja produkuje tytaniczne ilości odpadów, wszystkie branże  próbują działać (lub chociaż udają) ekologicznie. Nie dziwne więc, że pod lupę została wzięta także najnowsza moda na korzystanie z drukarek 3D w procesie produkcyjnym.

Segregacja odpadów, oszczędzanie materiałów i redukcja obecności szkodliwych odpadów w środowisku jest bardzo ważnym społecznie tematem. Świadomość społeczeństwa w tej kwestii  jest coraz większa, bo kto jak nie my ma troszczyć się o świat, w którym żyjemy? O ile wiadomo już, że można stosować ekologiczne rozwiązania w przypadku klasycznego druku, np. wybierać ekologiczne zamienniki tonerów, jak sprawa wygląda z drukowaniem 3D?

Jednym z bardziej pozytywnych aspektów jest możliwość korzystania w drukarkach 3D wkładów pochodzących z recyclingu. Są one niestety o mniej wytrzymałe i niższe jakościowo, ale przetwarzanie odpadów jest ważną częścią dbania o ekologię. Niestety, rozwiązania oparte na recyclingu raczej nie przyjmą się w profesjonalnych procesach produkcyjnych, bo pochodzące z przetwórstwa odpadów materiały cechują się drastycznie zaniżonymi właściwościami mechanicznymi – są po prostu bardziej kruche.

W samej produkcji wyróżnia się dwie główne metody: ubytkową i bezubytkową. Ta pierwsza dotyczy przede wszystkim elementów wytwarzanych tradycyjnymi metodami z materiałów metalowych (tytan, aluminium, złoto, srebro, etc.). Obróbka jest wtedy bardzo skomplikowana, a po jej zakończeniu zostaje wiele odpadków, których raczej nie można wykorzystać ponownie. Drugą metodę wykorzystuje się do produkcji bazującej na tworzywach sztucznych – jest to metoda wtryskowa, polegająca na wypełnieniu matrycy płynnym tworzywem, które zastyga wewnątrz, właściwie nie produkując żadnych odpadów, jeśli nie licząc samej matrycy (należy ją co jakiś czas wymienić).

W drukarkach 3D stosuje się natomiast metodę SLS, wykorzystującą laser o dużej mocy, którego promień spieka małe cząstki, zarówno tworzyw sztucznych, jak i metalu czy ceramiki. Dzięki temu, pozostałe po „wykroju” odpadki można wciąż wykorzystać do kolejnych projektów. Korzystające z tego rozwiązania drukarki 3D pozwalają znacząco zredukować ilość odpadów powstających w czasie produkcji, nie dziwne więc, że największe firmy świata, żeby wymienić chociażby Apple, Della czy General Electrics, zastanawiając się nad wprowadzeniem drukarek 3D jako stałego elementu procesu produkcyjnego.

Innym aspektem ekologicznego wykorzystania drukarek 3D jest hipotetyczne ograniczenie transportu. Gdyby udało się doprowadzić do sytuacji, w której drukarka 3D stałaby się równie popularna, co zwykłe urządzenia drukujące, zamiast kupować np. zabawki i czekać na ich dostawę, moglibyśmy kupować plany zabawek, a drukować je samodzielnie. I chociaż argument sam w sobie jest dosyć logiczny, do takiego stanu rzeczy chyba światu jeszcze daleko.

Druk 3D, chociaż sam w sobie bardziej ekologiczny, od tradycyjnych metod wytwarzania przedmiotów, raczej nie będzie miał znaczącego wpływu na globalną ekologię. Po pierwsze, to wciąż metoda po części eksperymentalna, nie pozwalająca na tworzenie co bardziej skomplikowanych elementów, istotnych w trakcie produkcji. Mrzonką są słynne samoreplikujące się drukarki 3D, ponieważ nie byłyby w stanie wydrukować ważnych, miniaturowych elementów samych siebie. Nie ma co liczyć także na przerzucenie się producentów na drukarki 3D, ponieważ byłyby to zbyt wielkie straty dla przemysłu dostarczającego materiałów produkcyjnych, a wielkie korporacje z pewnością do tego nie dopuszczą.

Na koniec przypominamy by przy wyborze tanich tonerów czy zamienników tuszy jak i przy kupnie tradycyjnych drukarek i drukarek 3D kierować się również względami ekologicznymi.

Polacy mistrzami druku 3D

Jak wiemy Polacy, oczywiście pod warunkiem, że chcą, potrafią bardzo dobrze radzić sobie w świecie nowych technologii. Kolejnym dowodem na to jest olsztyńska firma Zortrax. Okazało się, że produkuje ona najlepsze drukarki 3D na świecie. Ostatnio napisaliśmy czym jest druk 3D, dziś pochwalimy naszych rodaków za wkład w rozwój tej technologii. 

O przyznaniu tego wyróżnienia zdecydowali członkowie największej na świecie społeczności skupionej wokół druku trójwymiarowego. Chodzi o 3DHubs.com, czyli serwis łączący posiadaczy drukarek 3D z potencjalnymi klientami. To właśnie w rankingu tego serwisu model Zortrax M200 został uznany za najlepsze tego typu urządzenie biurkowe na świecie.

Nagroda zatem jest o wiele cenniejsza niż statuetka przyznana przez jakiekolwiek jury. Wszystko dlatego, że rolę oceniających pełniło nie wąskie grono jurorów, a ogromna rzesza ludzi, którzy korzystają z różnych drukarek 3D każdego dnia i traktują je nie tylko jako hobby, ale też źródło zarobku.

Polski produkt okazał się lepszy od 399 innych urządzeń biurkowych z całego świata.

By dany sprzęt trafił do rankingu 3DHubs, musi mieć co najmniej 25 recenzji. Może wydawać się, że to mała liczba, którą można łatwo manipulować. To prawda, ale Zortrax M200 został oceniony aż 243 razy! Z kolei jego średnia ocena wynosi aż 4,81 punktu na 5 możliwych, czyli 96,2% możliwej do uzyskania punktacji.

To naprawdę dobry i ponadprzeciętny wynik. Warto dodać, że nie jest to pierwsze wyróżnienie Zortraksa nadane przez społeczność, bo rok temu produkt tej firmy został przez 3DHubs.com uznany za najlepsze urządzenie typu plug&play. Było to godne odnotowania osiągnięcie, ale nie tak prestiżowe jak obecnie.

Zortrax M200 pokonał często znacznie droższą konkurencję

Mimo że olsztyńska drukarka jest skierowana na rynek profesjonalny, kosztuje zaledwie 6900 zł netto, Oczywiście dla zwykłego zjadacza chleba może to się wydawać duża kwota, ale nawet w małej lub średniej firmie nie robi większego wrażenia. Nie może więc dziwić, że drukarka jest z powodzeniem  sprzedawana aż w 49 krajach świata, także w Stanach Zjednoczonych i, oczywiście, Polsce.

Przyznacie, że to jest coś! Jeśli zamierzacie kupić najlepszą drukarkę przestrzenną odsyłamy do Zortraxa. My w swojej ofercie posiadamy podobny jakościowo, bardziej budżetowy sprzęt. Jeśli natomiast druk 3D to dla Ciebie fantastyka i korzystasz z tradycyjnego dwuwymiarowego drukowania zapraszamy do naszego sklepu po tanie zamienniki do drukarek.

Druk 3D

Druk 3D to od dawna już rzeczywistość, a domowe drukarki przestrzenne są coraz bardziej powszechne . Eksperci przewidują, iż w nadchodzących latach technologia druku 3D będzie powszechnie obecna w naszych domach i będziemy korzystać z niej na co dzień tak jak z ekspresów do kawy czy mikrofalówek. Do lamusa odejdą tonery do drukarek czy tusze drukarek. A zastąpi je inny materiał. 

druk 3d - nowa rewolucja przemysłowa

Aktualnie druk 3D jest wykorzystywany do produkcji bardzo szerokiego zakresu rzeczy: począwszy od prototypów części do urządzeń i maszyn w branżach przemysłowych, lotniczych czy motoryzacyjnych, poprzez druk implantów w medycynie i chirurgii, a skończywszy na całym szeregu przedmiotów codziennego użytku, gadżetów i zabawek. Czym jest tak naprawdę druk 3D, czy jest nam potrzebny i czy faktycznie za kilka lat każdy z nas będzie ją miał? Zapraszamy do lektury…

Drukarka 3D nie stworzy przedmiotu na żądanie jak to przedstawiono np. w „Star Treku„, jednakże rosnący szereg drukarek 3D i różnych technologii z jakich korzystają, zaczął już rewolucjonizować biznes tworzenia rzeczy na różnych segmentach rynku. Drukarki 3D drukują projekt wypuszczony z komputera, używając takich materiałów jak plastik, ceramika czy metal (materiałów do druku cały czas przybywa, o czym można przeczytać tu).  Drukowanie obiektu polega na tworzeniu i nakładaniu warstwy materiału o określonej grubości na stole drukarki, a gdy warstwa zostanie ukończona (wydrukowana), nakładaniu kolejnej. Np. przy druku z ABS, strumień rozgrzanego, pół-płynnego plastiku zostaje wstrzynkięty na stół roboczy wg określonego wzoru, a gdy zastygnie nakładana jest kolejna warstwa.
Projekt do druku przygotowywany jest na programie graficznym do tworzenia modeli konstrukcyjnych klasy CAD. Pliki muszą być wyeksportowane do pliku STL, który stanowi standard w druku 3D, taki jak PDF w dokumentach czy JPG / PNG / TIFF w plikach graficznych. Zatem tworzymy model np. w AutoCAD, eksportujemy go do formatu STL, a następnie otwieramy w programie obsługującym drukarkę i wysyłamy do druku.

Historia

Branża przemysłowa używa technologii druku 3D już od ponad 20 lat. Za jej pomocą wykonuje prototypy urządzeń i maszyn, na potrzeby testów i badań. W roku 1986 Charles Hull stworzył pierwszą komercyjną drukarkę 3D i zaczął jej sprzedaż za pomocą swojej firmy 3D Systems. Maszyna Hulla używała stereolitografii, technologii która utwardza laserem kolejne warstwy polimeru. Hull jest uznawany za jednego z pionierów technologii druku 3D. Jego pierwszy udany projekt datuje się na rok 1983, gdy wydrukował… filiżankę do herbaty dla żony. Hull stworzył również format plików STL i użyczył go jako rozwiązania open-source`owego.

Jednakże jako technologia, druk 3D pozostawał nieznany szerokiej publiczności. Zmieniło się to stosunkowo niedawno: w USA zaczeły powstawać liczne start-upy, które wykorzystując koncepcję RepRap zaczęły tworzyć i sprzedawać swoje urządzenia zwykłym użytkownikom. W przeciwieństwie do profesjonalnych, przemysłowych maszyn oferowanych przez firmy pokroju 3D Sytems czy Stratasys ich urządzenia były dużo tańsze i prostsze w obsłudze. Oczywiście odbijało się to na jakości i wydajności drukarek, ale z biegiem czasu urządzenia stawały się coraz lepsze i popularniejsze.

Nie bez znaczenia były również działania rządu USA. W 2012 roku, Barack Obama przeznaczył 30 milionów dolarów na stworzenie i rozwój NAMII (Narodowego Instytutu Innowacji w Zakresie Technologii Addatywnej). Instytucja ta wspiera firmy zajmujące się produkcją komercyjnych urządzeń do druku 3D jak również wspiera prace badawcze nad rozwojem technologii.
Przyszłość druku 3D w życiu codziennym

Druk 3D z pewnością nie zastąpi tradycyjnych linii produkcyjnych tworzących produkty masowego użytku. Zgodnie z tym co mówił niedawno Jeff Bezos, CEO Amazon, drukarka 3D nie jest w stanie wydrukować nawet najprostszych urządzeń składających się z kilku rodzajów materiałów. Mimo całej swej prostoty, nie stworzymy w domu za pomocą drukarki 3D funkcjonalnej… szczoteczki do zębów, czy maszynki do golenia. Jednakże z drugiej strony, drukarki 3D odnajdą się z powodzeniem wszędzie tam gdzie potrzebna będzie personalizacja, unikatowość projektu lub mała ilość produktów. Będzie można uruchomić zupełnie nowy rodzaj usług w postaci produkcji rzeczy na zamówienie (PRINT ON DEMAND).

Na fali rosnącej popularności drukiem 3D, powstała cała masa nowych, niezwykle dochodowych biznesów. Największym jest bez wątpienia Shapeways – serwis internetowy pozwalający na projektowanie, drukowanie i sprzedawanie produktów drukowanych w 3D. Jego dochody rokrocznie rosną a sam serwis stał się jednym z liderów rynku druku 3D. Kolejnym przykładem jest zawrotna kariera MakerBota, twórcy jednego z najpopularniejszych drukarek 3D – Replicatora.

Jak zatem widać, technologia druku 3D pozwoliła na wyodrębnienie się zupełnie nowej gałęzi usług czy wręcz segmentu rynkowego. Dzięki swojej specyfice, na znaczeniu przestały mieć odległości geograficzne, zarówno dla producentów drukarek, ich posiadaczy jak i projektantów. Dzięki serwisom w rodzaju Shapeways, każdy z nas może wgrać swój projekt, wydrukować go a następnie sprzedawać ludziom na całym świecie. To trochę jak eBay lub Allegro, tylko że z możliwością tworzenia i sprzedawania własnych przedmiotów. Co więcej, aby uniknąć trudności związanych z transportem czy opłatami celnymi i podatkami – zamawiający może wydrukować zamówiony produkt we własnym kraju / mieście, pozbywając się wszystkich związanych z tym obciążeń fiskalnych.

Kolejną branżą, która skorzysta mocno na wdrożeniu nowej technologii jest branża medyczna. Dzięki możliwości tworzenia unikalnych, pojedynczych obiektów, to co kiedyś było niemożliwe do wykonania ze względów kosztowych lub wydajnościowych, jest w zasięgu. Chirurdzy mają na koncie kilka spektakularnych dokonań w rodzaju wykonania przeszczepu 75% czaszki, rekonstrukcji twarzy, czy stworzenia bionicznego ucha.

Oprócz tego, specjalistyczne  drukarki 3D wykorzystywane są do naprawdę dużych projektów: począwszy od atrakcyjnych wizualnie wnętrz, poprzez niesławny pistolet „Liberator„, a skończywszy na druku… budynków mieszkalnych. Warto również wspomnieć o pierwszych próbach druku żywności: druku z czekolady, cukru czy soli.

Podsumowując, technologia druku 3D jest technologią przyszłości, która właśnie się realizuje,a na naszych oczach dzieją się rzeczy, które jeszcze kilkanaście lat temu były domeną filmow s-f. Praktycznie każdego miesiąca pojawiają się coraz to nowe informacje o kolejnych kamieniach milowych poczynionych w kierunku unowocześnienia drukarek i optymalizacji efektów ich prac. Poszerza się pula materiałów, z których możemy korzystać w druku. W końcu – coraz więcej ludzi zaczyna być świadomych istnienia tej technologii co wpływa na zainteresowanie drukarkami i stopniowym spadkiem ich cen. I o ile nie wydaje mi się żeby drukarki 3D trafiły kiedyś do każdego domu, o tyle staną się one z pewnością bardzo powszechnym narzędziem pracy w wielu różnych branżach.

Drukarkę 3D kupisz również w naszym sklepie.