3D pero je plastový kreslicí nástroj, který umožňuje vytvářet trojrozměrné objekty. Slouží ke kreativitě, rozvíjení aktivit s dětmi, opravám výrobků vytištěných na 3D tiskárně a drobným domácím opravám plastových předmětů [1] . Díky rozšíření 3D per se objevila nová umělecká forma - 3D pen art (překlad: umění vytvořené 3D perem).
První 3D pero na světě s názvem 3Doodler vyvinula americká společnost WobbleWorks. Na nápad přišli zakladatelé firmy Max Baugh a Peter Dilworth, když se porouchala 3D tiskárna a bylo nutné opravit mezeru ve vytištěném modelu [2] . Inženýři vytvořili prototyp plastového pera a předložili svůj projekt na Kickstarter v roce 2013 s cílem získat 30 000 dolarů na zahájení výroby. Díky crowdfundingu se podařilo vybrat 2,3 milionu dolarů, což svědčilo o velkém zájmu publika o projekt.
Po úspěchu 3Doodler se na trhu začala objevovat 3D pera jiných výrobců.
Podle principu fungování jsou 3D pera rozdělena do dvou typů: „horké“ a „studené“.
"Horká" pera jsou plněna termoplastem, který je dodáván ve formě tyčí nebo cívek nití. V horní části těla 3D pera je otvor, do kterého se vkládá plast. Vestavěný mechanismus automaticky přivádí plast do extrudéru, kde se ohřívá a za horka přivádí tryskou. Roztavený plast může mít jakýkoli tvar a poté rychle tuhne. Hlavní prvky "horkého" 3D pera: tryska, podavač plastových vláken, topné těleso, ventilátor pro chlazení horní části trysky a pera jako celku, mikrokontrolér pro ovládání chodu ventilátoru, podavač a topné těleso. Žhavé 3D pero vyžaduje napájecí zdroj (obvykle se používají klasické napájecí zdroje s 12V měničem napětí).
Přísun materiálu se provádí stisknutím odpovídajícího tlačítka. Některé modely jsou vybaveny plastovým regulátorem rychlosti posuvu, regulátorem teploty ohřevu a displejem, který zobrazuje informace o zvoleném režimu.
Mnoho 3D per má tlačítko zpětného chodu, které umožňuje snadné vyjmutí vlákna z pera.
Mezi výhody "horkých" 3D per patří nízká hmotnost, kompaktnost, snadné použití, trvanlivost řemesel, dostupné náklady na spotřební materiál. Jako nevýhody uživatelé zaznamenávají přítomnost drátů a zahřívání trysky rukojeti na vysokou teplotu.
Princip fungování "studeného" 3D pera je založen na vytlačování kapalné fotopolymerní pryskyřice , která na výstupu tvrdne působením ultrafialového zářiče. V takovém zařízení nejsou žádná topná tělesa a tažný materiál nemá vysokou teplotu. Gadget funguje bez drátů, spotřeba energie je způsobena vestavěnou baterií. Do pera se vloží zásobník z tekutého polymeru. Pro většinu cool 3D pera jsou k dispozici různé typy pryskyřic: běžné, elastické, magnetické, svítící, měnící barvu v závislosti na teplotě a dokonce i barvy na malování na tělo [3] .
Prvním 3D perem na světě využívajícím technologii fotopolymerace byla značka CreoPop.
Mezi výhody "studených" 3D per patří absence horkých prvků, nehlučnost, práce bez drátů, možnost použití velkého množství fotopolymerních pryskyřic s různými vlastnostmi [4] .Mezi nevýhody patří vysoká cena pera a materiálů , křehkost ruční práce.
Hlavními materiály používanými při provozu 3D topných per jsou ABS a PLA plasty [5] .
ABS polymer je založen na sloučeninách odvozených z ropy. Nerozkládá se, je velmi odolný a proto se stal nejběžnějším materiálem pro 3D tisk [6] .
Mezi výhody patří:
Mezi nevýhody materiálu patří mírný specifický zápach při zahřátí, proto se jeho použití doporučuje ve větraných prostorách.
PLA plast je organický, biologicky odbouratelný polylaktid vyrobený z cukrové třtiny nebo kukuřice.
V průmyslu 3D tisku našel PLA plast široké uplatnění díky svým vlastnostem:
Hlavní nevýhodou PLA plastu je křehkost předmětů z něj vyrobených. Výrobky vyrobené z tohoto polymeru se po roce začnou postupně rozpadat. Druhou významnou nevýhodou je zvýšená křehkost, proto je tento typ plastu doporučován zkušeným uživatelům 3D per.
Taje při nízké teplotě (60°C). Odolnější než PLA plast a při zahřívání na rozdíl od ABS plastu nemá silný zápach, ale je dražší.
FlexyTaví při stejných teplotách od 0 do 5 stupňů, ale po vychladnutí si zachovává pružnost a tažnost – únavová pevnost je vyšší. Vhodné na tvorbu pouzder, peněženek, pneumatik na autíčka [4] .
3D pera mohou být také kompatibilní s jinými materiály: polykarbonát, nylon atd. To vyžaduje schopnost přesně řídit teplotu ohřevu materiálu, což vede k výraznému nárůstu nákladů na 3D pero.
3D pera typu vyhřívání jsou elektrospotřebiče, takže s nimi můžete pracovat až po přečtení návodu k použití. Vzhledem k tomu, že vyhřívaná 3D pera mají horké prvky, jsou při manipulaci s nimi vyžadována určitá opatření. Děti musí být při obsluze tohoto zařízení pod dohledem dospělých.
3D pera využívající technologii fotopolymerizace jsou umístěna jako bezpečná díky absenci horkých prvků, ale jejich použití také vyžaduje opatrnost. Vzhledem k tomu, že materiál tvrdne vlivem ultrafialového záření, které je škodlivé pro oči, je nutné dělat přestávky v práci a přísně dodržovat pokyny výrobců [7] .