En 3D-pen er et tegneværktøj i plast, der giver dig mulighed for at skabe tredimensionelle objekter. Det bruges til kreativitet, udvikling af aktiviteter med børn, rettelse af produkter udskrevet ved hjælp af en 3D-printer og mindre husholdningsreparationer af plastikgenstande [1] . Takket være udbredelsen af 3D-penne er der opstået en ny kunstform - 3D-pennekunst (oversættelse: kunst skabt med en 3D-pen).
Verdens første 3D-pen, kaldet 3Doodler, er udviklet af det amerikanske firma WobbleWorks. Ideen kom til grundlæggerne af virksomheden, Max Baugh og Peter Dilworth, da en 3D-printer gik i stykker, og det var nødvendigt at reparere et hul i den printede model [2] . Ingeniører skabte en prototype af plastikpen og sendte deres projekt til Kickstarter i 2013 med det mål at rejse 30.000 $ for at starte produktionen. Som følge af crowdfunding var det muligt at rejse 2,3 millioner dollars, hvilket var et bevis på publikums store interesse for projektet.
Efter succesen med 3Doodler begyndte 3D-penne fra andre producenter at dukke op på markedet.
Ifølge driftsprincippet er 3D-penne opdelt i to typer: "varm" og "kold".
"Hot" kuglepenne er fyldt med termoplast, som leveres i form af stænger eller trådspoler. Øverst på 3D-pennens krop er der et hul, hvori plastikken indsættes. Den indbyggede mekanisme bringer plasten automatisk til ekstruderen, hvor den opvarmes og føres varm gennem dysen. Smeltet plast er i stand til at tage enhver form og størkner derefter hurtigt. Hovedelementerne i en "varm" 3D-pen: en dyse, en plastfilamentføder, et varmeelement, en ventilator til afkøling af den øverste del af dysen og pennen som helhed, en mikrocontroller til styring af ventilatorens drift, føder og varmeelement. En varm 3D-pen kræver en strømforsyning (normalt bruges konventionelle strømforsyninger med en 12 V spændingsomformer).
Tilførsel af materiale udføres ved at trykke på den tilsvarende knap. Nogle modeller er udstyret med en plasttilførselshastighedsregulator, en varmetemperaturregulator og et display, der viser information om den valgte tilstand.
Mange 3D-penne har en omvendt knap, der giver dig mulighed for nemt at fjerne filamentet fra pennen.
Fordelene ved "varme" 3D-penne inkluderer let vægt, kompakthed, brugervenlighed, holdbarhed af håndværk, overkommelige omkostninger til forbrugsvarer. Som ulemper bemærker brugerne tilstedeværelsen af ledninger og opvarmningen af håndtagets dyse til en høj temperatur.
Funktionsprincippet for en "kold" 3D-pen er baseret på ekstrudering af en flydende fotopolymerharpiks , som hærder ved udgangen under påvirkning af en ultraviolet emitter. Der er ingen varmeelementer i en sådan enhed, og tegningsmaterialet har ikke en høj temperatur. Gadgetten fungerer uden ledninger, strømforbruget skyldes det indbyggede batteri. En patron med flydende polymer indsættes i pennen. For de fleste seje 3D-penne er forskellige typer harpiks tilgængelige: almindelige, elastiske, magnetiske, lysende, skiftende farve afhængigt af temperatur, og endda kropsmalingblæk [3] .
Verdens første 3D-pen, der bruger fotopolymeriseringsteknologi, var CreoPop-mærket.
Fordelene ved "kolde" 3D-penne inkluderer fraværet af varme elementer, lydløshed, arbejde uden ledninger, evnen til at bruge et stort antal fotopolymerharpikser med forskellige egenskaber [4] Blandt ulemperne er de høje omkostninger ved pennen og materialer , håndværkets skrøbelighed.
De vigtigste materialer, der bruges i driften af 3D-varmepenne, er ABS- og PLA- plast [5] .
ABS-polymeren er baseret på forbindelser afledt af petroleum. Det nedbrydes ikke, er meget holdbart og er derfor blevet det mest almindelige materiale til 3D-print [6] .
Fordelene omfatter:
Ulemperne ved materialet omfatter en let specifik lugt, når det opvarmes, så det anbefales at bruge det i ventilerede områder.
PLA plast er et organisk, biologisk nedbrydeligt polylaktid fremstillet af sukkerrør eller majs.
I 3D-printindustrien har PLA plast fundet bred anvendelse på grund af dets egenskaber:
Den største ulempe ved PLA-plast er skrøbeligheden af genstande fremstillet af det. Produkter fremstillet af denne polymer begynder gradvist at gå i opløsning efter et år. Den anden væsentlige ulempe er øget skrøbelighed, så denne type plast anbefales til erfarne brugere af 3D-penne.
Smelter ved lav temperatur (60°C). Mere holdbar end PLA-plast og lugter ikke kraftigt ved opvarmning i modsætning til ABS-plast, men det er dyrere.
FlexyDet smelter ved de samme temperaturer fra 0 til 5 grader, men efter afkøling bevarer det fleksibilitet og duktilitet - træthedsstyrken er højere. Velegnet til fremstilling af etuier, tegnebøger, legetøjsdæk [4] .
3D-penne kan også være kompatible med andre materialer: polycarbonat, nylon osv. Dette kræver evnen til nøjagtigt at kontrollere materialets varmetemperatur, hvilket fører til en betydelig stigning i prisen på en 3D-pen.
Varmetype 3D-penne er elektriske apparater, så du kan kun arbejde med dem efter at have læst brugsanvisningen. Da opvarmede 3D-penne har varme elementer, kræves der visse forholdsregler ved håndtering af dem. Børn skal være under opsyn af voksne, når de betjener dette udstyr.
3D-penne, der bruger fotopolymeriseringsteknologi, er placeret som sikre på grund af fraværet af varme elementer, men deres brug kræver også forholdsregler. Da materialet hærder under påvirkning af ultraviolet stråling, som er skadeligt for øjnene, er det nødvendigt at tage pauser i arbejdet og nøje følge fabrikanternes instruktioner [7] .