A 3D toll egy műanyag rajzeszköz, amely lehetővé teszi háromdimenziós objektumok létrehozását. Kreativitásra, gyerekekkel végzett fejlesztő tevékenységekre, 3D nyomtatóval nyomtatott termékek javítására, valamint műanyag tárgyak kisebb háztartási javítására [1] . A 3D tollak elterjedésének köszönhetően egy új művészeti forma jelent meg - a 3D tollművészet (fordítás: 3D tollal készített művészet).
A világ első 3D-s tollat, a 3Doodlert az amerikai WobbleWorks cég fejlesztette ki. Az ötlet a cég alapítóiban, Max Baugh-ban és Peter Dilworth-ben akkor merült fel, amikor egy 3D nyomtató elromlott, és a nyomtatott modell hiányosságait kellett pótolni [2] . A mérnökök létrehoztak egy műanyag toll prototípusát, és 2013-ban benyújtották projektjüket a Kickstarternek azzal a céllal, hogy 30 000 dollárt gyűjtsenek a gyártás megkezdéséhez. A közösségi finanszírozás eredményeként 2,3 millió dollárt sikerült összegyűjteni, ami a közönség projekt iránti nagy érdeklődését bizonyítja.
A 3Doodler sikere után más gyártók 3D tollai kezdtek megjelenni a piacon.
A működési elv szerint a 3D tollak két típusra oszthatók: „meleg” és „hideg”.
A "forró" tollak hőre lágyuló műanyaggal vannak megtöltve, amelyet rúd vagy cérnatekercs formájában szállítanak. A 3D toll testének tetején van egy lyuk, amelybe a műanyagot behelyezik. A beépített mechanizmus automatikusan az extruderbe juttatja a műanyagot, ahol felmelegszik és a fúvókán keresztül melegen táplálja. Az olvadt műanyag bármilyen formát felvehet, majd gyorsan megszilárdul. A "forró" 3D toll fő elemei: fúvóka, műanyag filamentadagoló, fűtőelem, ventilátor a fúvóka felső részének és a toll egészének hűtésére, mikrokontroller a ventilátor működésének vezérlésére, adagoló és fűtőelem. A forró 3D tollhoz tápegységre van szükség (általában hagyományos, 12 V-os feszültségátalakítós tápegységeket használnak).
Az anyagellátás a megfelelő gomb megnyomásával történik. Egyes modellek műanyag előtolási sebesség-szabályozóval, fűtési hőmérséklet-szabályozóval és a kiválasztott üzemmódra vonatkozó információkat megjelenítő kijelzővel vannak felszerelve.
Sok 3D toll rendelkezik egy visszafordító gombbal, amely lehetővé teszi az izzószál egyszerű eltávolítását a tollból.
A "forró" 3D tollak előnyei közé tartozik a könnyű súly, a kompaktság, a könnyű használat, a kézművesség tartóssága, a fogyóeszközök megfizethető költsége. Hátrányaként a felhasználók megjegyzik a vezetékek jelenlétét és a fogantyú fúvókájának magas hőmérsékletre való melegítését.
A "hideg" 3D toll működési elve egy folyékony fotopolimer gyanta extrudálásán alapul , amely a kilépésnél egy ultraibolya sugárzó hatására megkeményedik. Egy ilyen készülékben nincsenek fűtőelemek, és a rajzanyagnak nincs magas hőmérséklete. A kütyü vezetékek nélkül működik, az energiafogyasztás a beépített akkumulátornak köszönhető. Egy folyékony polimer patront helyeznek a tollba. A legtöbb hűvös 3D tollhoz különböző típusú gyanták állnak rendelkezésre: normál, rugalmas, mágneses, világító, hőmérséklettől függően változó szín, és még testfestő tinták is [3] .
A világ első fotopolimerizációs technológiát használó 3D tolla a CreoPop márka volt.
A "hideg" 3D tollak előnyei közé tartozik a forró elemek hiánya, a zajtalanság, a vezeték nélküli munkavégzés, a nagyszámú, különböző tulajdonságú fotopolimer gyanta használatának lehetősége [4] . A hátrányok között szerepel a toll és az anyagok magas költsége. , a kézművesség törékenysége.
A 3D fűtőtollak működéséhez használt fő anyagok az ABS és a PLA műanyagok [5] .
Az ABS polimer kőolajból származó vegyületeken alapul. Nem bomlik le, nagyon tartós, ezért a 3D nyomtatás legelterjedtebb anyagává vált [6] .
Az előnyök közé tartozik:
Az anyag hátrányai közé tartozik az enyhe specifikus szag melegítéskor, ezért használata szellőző helyeken javasolt.
A PLA műanyag egy szerves, biológiailag lebomló polilaktid , amely cukornádból vagy kukoricából készül.
A 3D nyomtatási iparban a PLA műanyag széleskörű alkalmazásra talált tulajdonságainak köszönhetően:
A PLA műanyag fő hátránya a belőle készült tárgyak törékenysége. Az ebből a polimerből készült termékek egy év után fokozatosan szétesnek. A második jelentős hátrány a megnövekedett törékenység, ezért ez a fajta műanyag ajánlott a 3D tollak tapasztalt felhasználóinak.
Alacsony hőmérsékleten (60°C) megolvad. Tartósabb, mint a PLA műanyag, és melegítéskor nincs erős szaga, ellentétben az ABS műanyaggal, de drágább.
FlexyUgyanazon hőmérsékleten 0 és 5 fok között megolvad, de lehűlés után megőrzi rugalmasságát és hajlékonyságát - nagyobb a kifáradási szilárdság. Alkalmas tokok, pénztárcák, játékautó gumiabroncsok készítésére [4] .
A 3D tollak más anyagokkal is kompatibilisek: polikarbonát, nylon stb. Ehhez az anyag melegítési hőmérsékletének pontos szabályozására van szükség, ami a 3D toll költségének jelentős növekedéséhez vezet.
A fűthető 3D tollak elektromos készülékek, így csak a használati utasítás elolvasása után dolgozhat velük. Mivel a fűtött 3D tollak forró elemekkel rendelkeznek, a kezelésükkor bizonyos óvintézkedésekre van szükség. A gyermekeket felnőtteknek kell felügyelnie a berendezés használatakor.
A fotopolimerizációs technológiát alkalmazó 3D tollak a forró elemek hiánya miatt biztonságosak, de használatuk is óvintézkedéseket igényel. Mivel az anyag az ultraibolya sugárzás hatására megkeményedik, ami káros a szemre, ezért szüneteket kell tartani a munkában, és szigorúan be kell tartani a gyártók utasításait [7] .