Nové technologie posouvají možnosti 3D tisku
v českých firmách i výzkumných institucích
Vývoj v oblasti 3D tisku se nezastavuje, technologie jsou stále dostupnější, uživatelsky přívětivější, přístup k 3D tiskárnám lze snadněji rozšířit napříč firmou a co víc – i metody dříve velmi nákladné jsou najedou v dosahu menších firem a týmů. Nezřídka jim přinášejí úplně nové možnosti a šanci vyniknout. Podívejme se společně na několik zcela konkrétních příkladů technologií, které letos v Česku posouvají hranice.
Je v našich zeměpisných šířkách dosud zvykem jásat, pokud do firmy (shora od vedení jako bojový úkol, či zespod od nadšených kutilů-inovátorů) vůbec dorazí první 3D tiskárna. Často je to dokonce hobby stavebnice nepřipravená na produkční prostředí, izolovaná na jednom pracovišti. Jiné týmy přistupují k zavedení nové technologie chytřeji – od konkrétní potřeby. Místo roztržitých otázek na papírové parametry a cenovku stroje pokládají prodejcům a implementátorům logičtější otázky: Co nám aditivní výroba přinese navíc? Kdy se nám investice do 3D tisku vrátí a technologie začne vydělávat? Jaká je spolehlivost a bezpečnost v podnikovém prostředí? Jak díky 3D tisku posuneme vývoj a výrobu? Získáme víc zakázek, náskok nad konkurencí?
Existuje také menší, zato stále rychleji rostoucí skupina organizací, kde už zkušenosti a povědomí získali. Dávno přikupují 3D tiskárny ke zvýšení kapacity aditivní výroby, doplňují další technologie pro nové materiály a postupy a dokážou velmi promyšleně těžit z jejich výhod. Všechny tři tábory ale mají společnou startovní čáru alespoň u technologií, které se nově dostávají na trh.
Laserové navařování kovů? Vystačíte i s běžným kovovým drátem
Kde dlouho vládly sintrovací stroje za desítky milionů korun, přibývá dnes alternativních, dostupnějších metod 3D tisku z kovů – od ocelí až po titan či inconel. Nápad přidělat svářečku na konec pohybového mechanismu a navařovat housenku kovového materiálu po vrstvách, jako to dělají stolní 3D tiskárny s termoplasty, není nový. Co kdyby však existovala tisková hlava, která by dokázala nanášet kovy při zachování špičkových mechanických vlastností přímo z drátu a/nebo z kovového prášku – a přitom byla přesnější, šla umístit nejen do tiskárny, ale také do stávajícího CNC stroje pro kombinaci navařování a obrábění v jednom procesu? A co kdyby šla navíc osadit na konec robotického ramene, které se nemusí omezovat rozměrem pracovní komory?
Právě taková možnost se objevuje i na českém trhu. Technologie laserového navařování Meltio – vyvíjená se strategickou podporou ocelového giganta ArcelorMittal – je obsažena v kompaktní tiskové hlavě s šesticí laserů o celkovém výkonu 1,2 kW. Je schopna zpracovávat kovovou surovinu ve formě drátu (či dvou), prášku i obou zdrojů současně. Metoda WP-LMD (Wire-Powder Laser Metal Deposition) umožňuje tisknout díly s výbornou mikrostrukturou a 99,998% hustotou udávanou výrobcem. Výtisky podle zkoušek vlastnostmi překonávají i odlitky a výkovky. A pokud třeba výzkumný tým potřebuje vyrábět vlastní slitinu, zkombinuje za běhu kovové prášky.
Příspěvek vznikl pro bulletin č. 5/2021 Národního centra Průmyslu 4.0
Produkční tisk odolných dílů z práškového nylonu je přístupnější
I další laserová metoda 3D tisku – SLS (selektivní slinování laserem) postupně hledá rovnováhu mezi cenovou dostupností (nejlevnějších stroje) a produkční spolehlivostí (dosud velmi drahá průmyslová řešení). Zdá se, že po několikaletém vývoji a testování o dva roky delším, než se původně předpokládalo, by pomyslný hřebíček na hlavičku mohla konečně trefit společnost Formlabs. Ta se už podobně zaměřeným řešením, tedy kombinací spolehlivosti, dostupnosti, kvality výtisků a uživatelské přístupnosti, proslavila v oblasti stolní stereolitografie (metoda SLA, tvrzení pryskyřic laserem). Jenže funkční prototypy a koncové díly z nylonu, to je přeci jen jiná disciplína.
3D tiskárna Fuse 1 zaujme už díky spojení se stanicí Fuse Sift pro čištění výtisků a recyklaci prášku. Plně funkční díly tak lze tisknout při dodání pouhých 30 % nového prášku v nekonečném počtu cyklů – tedy ze 70 % se tiskne z recyklovaného prášku po předchozích tiscích. Se dvěma tiskovými komorami může být tiskový provoz prakticky nepřetržitý. Zatímco jedna komora se odnese k očištění modelu a recyklaci prášku, v druhé už se mezi tím tiskne dál. Jde také o velmi dobře škálovatelné řešení – jedna čisticí stanice pohodlně obslouží několik 3D tiskáren. Pokud tým potřebujte tisknout víc, už si výhodně pořizuje jen samotnou 3D tiskárnu.
Neschovávejte 3D tiskárny, kde můžete podpořit zrod dobrých nápadů
Zastavme se ale u otázky z jiného soudku, která dokáže nadzvedávat ze židlí konstruktéry a operátory stejně dobře jako výrobní ředitele. Přibude-li do organizace kvalitní 3D tiskárna, začne brzy boj o její kapacitu. Když se přikoupí další, nastává potíž s organizací přístupu. Nemluvě o stavu tolik obvyklém i u nejzvučnějších českých podniků – že jsou 3D tiskárny roztroušeny po různých halách a v jedné ani nevědí, co umí ty u kolegů. Je přitom doloženo, že správa kapacity více tiskáren (umístěných i na různých místech), tiskové fronty (včetně možnosti předřadit prioritní úlohy), uživatelských přístupů (nejen v technických minitýmech, ale napříč celou firmou) vede k efektivnímu využití kapacity aditivní výroby i rozhodování o nákupu dalších strojů. A dokonce i k nečekaným inovacím, nemá-li tiskárny pro sebe jen kroužek těch nejzasvěcenějších.
Mnohé společnosti se do vývoje takovýchto systémů správy 3D tisku pustily po vlastní ose a v návaznosti na své oblíbené podnikové systémy. Je to ale dlouhá a drahá cesta. Vstříc jim teď vycházejí sami výrobci. Třeba nizozemský Ultimaker, jehož 3D tiskárny patří k etalonům stolního dvoumateriálového 3D tisku z termoplastů (FFF) a najdete je i v českých automobilkách nebo předních strojírenských podnicích. Kromě bezplatné aplikace Cura (nejrozšířenější aplikace pro přípravu 3D tisku světa) výrobce nabízí také volitelné softwarové řešení přímo pro podniky. To se dokáže postarat právě o bezpečnou týmovou správu, nabízí digitální knihovnu už jednou k tisku připravených dílů, zjednodušuje správu 3D tiskového provozu i vzdělávání podle rolí v týmu a podobně.
Jaký to má praktický dopad? Za všechny jeden: Známý výrobce balicích linek, proslulá automobilka, stejně tak i světoznámý pivovarník ve svých centrálách nejprve připraví a otestují díly a nástroje pro podporu výroby, včetně přesného nastavení materiálu a vlastností výtisku. Pak už je nabídnou jednoduše – prostřednictvím digitální knihovny – svému závodu nebo zákazníkovi. Okamžitě, klidně na druhém konci světa, je snadno vytiskne operátor přímo v provozu – na míru a až ve chvíli potřeby. Odpadá složitá logistika a drahé skladování, díly je možné neustále vylepšovat a přizpůsobovat aktuální potřebě.
Zavádět a/nebo rozšiřovat 3D tisk nikdy nebylo snazší
O 3D tisku panuje spousta mýtů, očekávání jsou vyšponovaná až do oblasti čiré sci-fi. Pokud se ale na rozšiřující se možnosti technologií aditivní výroby podívají realisticky a s potřebným rozhledem zástupci českých organizací z výzkumu, vývoje a výroby, zřejmě s překvapením zjistí, kolik je po ruce nových možností, jak si usnadnit a zlevnit práci. A neustále přibývají další. Díky dodavatelům, kteří tyto trendy sledují a dokážou nabídnout řešení na míru – tedy nechtějí jen vnutit tu či onu 3D tiskárnu, ale opravdu najdou optimální řešení pro daný projekt – se i dnes můžete v nabídce dobře zorientovat. A když budete pokládat správné otázky (tipy na ně najdete výše), je velká šance, že s 3D tiskem získáte výborný výrobní nástroj, který se vám investičně vrátí překvapivě rychle.
Ověřeno v Česku a na Slovensku: Vybírejte s rozvahou, výsledky pak snadno předčí vaše očekávání.
Tomáš Vít
3D tisk ve strojírenství
