Témata
Reklama

Technologie 3D tisku míří do běžné praxe

Technologie pro rychlou výrobu modelů a prototypů prostřednictvím 3D tisku dnes zažívají nebývalý rozmach a stávají se stále dostupnějšími i pro malé firmy nebo jednotlivce. K dispozici je řada profesionálních tiskáren i „low cost“ modelů v ceně od několika desítek tisíc korun. Pro nejnáročnější aplikace slouží vysoce výkonná zařízení označovaná jako 3D výrobní systémy.

Pavel Marek

Patří mezi klíčové osobnosti časopisu MM Průmyslové spektrum, kde řadu let zastával pozici odborného redaktora. Je absolventem strojní fakulty ČVUT v Praze. Po ukončení studia pracoval v Poldi SONP Kladno v závodě Doprava, poté jako konstruktér a projektant ve společnosti ČKD Lokomotivka. Pro MM Průmyslové spektrum pracoval od roku 1999 do roku 2021.

Současnou světovou jedničkou mezi výrobci zařízení pro 3D tisk je společnost Stratasys. Ta ještě posílila své postavení akvizicemi společnosti Objet, která vyrábí zařízení pro stavbu prototypů na bázi fotopolymeru vytvrzovaného UV zářením, a nejnověji i společnosti MakerBot, zaměřené na oblast nízkonákladových zařízení pro 3D tisk. Jak prozradil Ing. Miloslav Drápela, ředitel společnosti MCAE Systems, která se dodávkami 3D tiskáren a 3D výrobních systémů zabývá již od roku 1996, také tyto cenově dostupné tiskárny budou od letošního roku k dispozici i na českém trhu.

Reklama
Reklama
Reklama

Hi-fi mezi 3D tiskárnami

Řada 3D tiskáren a 3D výrobních systémů Fortus 3D Production Systems od firmy Stratasys umožňuje stavbu velmi přesných, pevných a rozměrově stabilních modelů z širokého spektra vysoce kvalitních plastů. Tato zařízení jsou založena na technologii FDM (Fused Deposition Modeling), která pro stavbu dílů využívá plastové vlákno navinuté na cívce, jež je podáváno do pracovní hlavy. Zde je materiál roztaven a přes trysku v tenké vrstvě kontinuálně nanášen na podložku, kde volně tuhne na vzduchu. Pracovní hlava se pohybuje ve vodorovné rovině, přičemž po dokončení jedné vrstvy stůl s podložkou vertikálně klesne o její tloušťku. Vytištěný model může být po odloupnutí od podložky a odstranění podpor ihned k dispozici pro další využití bez nutnosti úprav.

Ukázky možností 3D tisku a různé modely 3D tiskáren Stratasys3D tiskárny Fortus nabízejí stavební prostor od 203 x 152 x 152 mm do 252 x 252 x 305 mm, 3D výrobní systémy poskytují možnost stavby rozměrných dílů v prostoru od 355 x 254 x 254 mm až do 914 x 610 x 914 mm. Díky možnostem softwarové optimalizace lze u těchto zařízení výrazně zefektivnit celkový čas stavby i kvalitu modelu. Jednoduchý princip stavby přináší řadu výhod – dostupnou cenu, snadnou obsluhu, nízké provozní náklady a vysokou spolehlivost zařízení, která lze provozovat i ve standardních kancelářských prostorách.

Vlastnosti materiálů pro 3D tisk

Termoplasty, jako ABS, PC (polykarbonát), PPSF/PPSU (polyfenylsulfon), ULTEM-9085 a jejich modifikace, které se ke stavbě modelů používají, se vyznačují velmi dobrými mechanickými vlastnostmi a tvarovou stálostí v čase. To společně s geometrickou přesností vytváří dobré předpoklady pro využití modelů při montážních zkouškách, pro funkční testování a rovněž všude tam, kde lze vytvořený model využít jako koncový výrobek.

3D výrobní zařízení Fortus 400mc od firmy Strarasys

Přehled vlastností materiálů používaných pro 3D tisk:

• ABS a jeho modifikace – dodávají se v různých barevných provedeních. Povrch modelů může být upraven nebo pokoven různými postupy do vysoké kvality, aniž by došlo ke změně geometrie. Tato kvalita je vyžadována především pro designerské a prezentační modely, master modely pro vakuové lití do silikonových forem, pro přesné lití metodou vytavitelného modelu nebo pro technologie pokovení modelů;
• modifikace termoplastů ABS-ME30i a PC-ISO – hodí se pro medicínské nebo farmaceutické aplikace a obalovou techniku v potravinářském průmyslu. Jsou biologicky kompatibilní a mohou být dalším postupem sterilizovány. PC-ISO je navíc pevným materiálem vhodným pro nástroje a zařízení v medicínském průmyslu;
• PPSF – chemicky rezistentní termoplast s teplotní odolností až do 190 °C, vhodný pro stavbu teplotně namáhaných dílů;
• ULTEM – materiál certifikovaný pro použití v letectví, splňuje požadavky na nehořlavost, samozhášivost a nízkou toxicitu. Je vhodný pro interiérové díly v letadlech a různých dopravních prostředcích;
• FDM Nylon 12 (novinka) – ideální materiál pro aplikace, které vyžadují velkou únavovou odolnost. Je velmi vhodný pro nástroje a přípravky v leteckém průmyslu a pro interiérové díly v automobilovém průmyslu.

Pohled do pracovního prostoru stroje Fortus 400mc

Oblasti využití 3D tisku

3D tisk neboli aditivní výroba představuje moderní nástroj pro zjednodušení a urychlení vývojového a výrobního procesu. Tato technologie je vhodná především pro výrobu různých prototypů, kusovou nebo malosériovou výrobu, kde by při konvenčních metodách byly vstupní náklady na zhotovení výrobních nástrojů příliš vysoké. V současné době je na trhu aditivní výroby (Additive Fabrication) patrná snaha přiblížit se možnostem výrobních strojů a metodou 3D tisku vyrábět finální výrobky, což se v současnosti stává dominantním způsobem jejich využití. Klíčovou oblastí využití 3D tisku jsou výrobky pro spotřební a automobilový průmysl, do popředí se také stále více dostává využití na školách a v medicíně.

Příklad aplikace – designová židle

K příležitosti Mezinárodního strojírenského veletrhu 2013 v Brně byla pro firmu MCAE Systems vyrobena židle Vortex metodou 3D tisku, jako produkt demonstrující možnosti 3D výrobních systémů Stratasys. Jejím autorem je mladý designér MgA. Petr Duba. Ale dejme slovo přímo jemu: „Společnost MCAE Systems mne oslovila, abych připravil návrh produktu, který by demonstroval rychle se rozšiřující možnosti aditivní výroby pomocí 3D výrobních systémů od firmy Stratasys,“ uvádí Petr Duba a pokračuje: „Nabídka těchto strojů, které firma MCAE Systems dodává, je poměrně široká, avšak jeden z nich upoutal mou pozornost více než ostatní. Je jím 3D výrobní zařízení Fortus 900mc. Tato tiskárna svými parametry předčí veškerou konkurenci a poskytuje nejvyšší dostupnou kvalitu 3D tisku technologií FDM, tiskne v brilantní kvalitě 3D produkty z řady materiálů různých vzhledových i funkčních vlastností. Snad nejpůsobivějším parametrem je celkový modelovací prostor o rozměrech 900 x 900 x 600 mm, který lze v kontextu FDM tisku nazvat skutečně obrovským.“

Výběr materiálů pro 3D tiskárny Fortus

Kromě často používaných termoplastů, jako je ABS, PC a jejich kombinace, nabízí Fortus 900mc tisk například z biokompatibilních termoplastů vhodných pro potravinářský průmysl a nejrůznější aplikace v medicíně. Materiálové portfolio řady Fortus vrcholí materiály PPSF a ULTEM-9085, jejichž působivé výsledky v odolnosti vůči teplotním, mechanickým i chemickým zátěžím umožňují kromě produkce plně funkčních prototypů i výrobu koncových produktů, které v současnosti nacházejí uplatnění například v armádě či letectví.

Za zmínku stojí také technologie rozpustných podpor. Ke 3D tisku technologií FDM obecně patří potřeba vytváření podpůrných struktur, které mohou být tištěny buď ze stejného, nebo odlišného materiálu, což obyčejně vyústí v nutnost tyto podpory po dokončení tisku ručně odstranit. V případě 3D výrobního zařízení Fortus 900mc je tento dodatečný krok eliminován. Tiskárna je vybavena dvěma zásobníky, z nichž jeden obsahuje materiál pro model, druhý rozpustný materiál pro stavbu podpor. Po dokončení tisku je model i s podporami vyjmut z tiskárny a umístěn do lázně, kde se podpory samovolně rozpustí.

Jedinečná technologie – jedinečný objekt

„Všechny výše zmíněné parametry mi pomohly definovat objekt, který představuje vhodnou výzvu pro jedinečné schopnosti 3D výrobního zařízení Fortus 900mc,“ uvádí Petr Duba. „Rozhodl jsem se navrhnout židli, předmět denní potřeby s vysokými nároky na pevnost, obvykle příliš rozměrný pro jiné tiskárny. Abych otestoval míru detailu, přesnosti a pevnosti, využil jsem jemných struktur jako primárního vizuálního i konstrukčního prvku, který židli dodává éterický vzhled, a zároveň ji nepřipravuje o schopnost posloužit jako plnohodnotný sedací nábytek. S tvorbou modelu jsem začal v programu Rhinoceros, kde jsem pomocí plug-inu T-Splines vytvořil organický tvar židle sloužící jako referenční plocha pro další práci v plug-inu Grasshopper. Zde jsem experimentoval s generováním nejrůznějších struktur na jejím povrchu a studoval tak, jak tyto struktury reagují na tvar židle, který jsem upravoval a měnil. Optimální strukturou se jevil vzor, který vznikl po převedení T-Splines plochy na pravoúhlý mesh, a následně na mesh diagonální. Hrany čtyřúhelníků posloužily jako základní křivky pro tvorbu jednotlivých paprsků. Vznikla tak pevná struktura, která roznáší lokální zátěž rovnoměrně do celé plochy židle. Takto vytvořený model byl odeslán na tisk. Navzdory mým pochybnostem, zda jsem strukturu židle nenavrhl málo pevnou či příliš jemnou, si 3D výrobní systém Fortus 900mc s úlohou výborně poradil. I s těmi nejjemnějšími detaily odolává vytištěná židle tíze statného muže, a to především díky použitému materiálu – ABS plastu. Židle Vortex působí jemně, odlehčeně, z některých úhlů dokonce transparentně, avšak zároveň neztrácejí nic ze své pevnosti.“

Židle Vortex designéra Petra Duby byla vystavena na MSV v Brně

„Práci na tomto projektu jsem si velmi užil,“ hodnotí výsledek Petr Duba. „Hladká spolupráce s firmou MCAE Systems mě vždy motivuje k realizaci dalších nápadů a projektů, které bych bez jejich technologií jen těžko uskutečnil.“

Pavel Marek,
s využitím podkladů od firmy MCAE Systems
Foto: autor
MCAE Systems
pavel.marek@mmspektrum.com
dagmar.nahodilova@mcae.cz
www.mcae.cz/rapid-prototyping

www.mcae.cz

Reklama
Související články
Nový materiál ASA pro 3D tisk v osmi různých barvách

Společnost MCAE Systems, oficiální distributor firmy Stratasys, rozšířila nabídku materiálů pro 3D tisk o nové digitální materiály a také o termoplast ASA dostupný v osmi barvách. ASA nyní nabízí nejširší barevnou škálu ze všech materiálů pro technologii FDM.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

První plnobarevná stolní 3D tiskárna

Společnost Mcor představila jako první na světě plnobarevnou stolní 3D tiskárnu Mcor ARKe a klade si za cíl dostat tuto 3D tiskárnu do každé kanceláře či učebny.

Související články
Zavedení nového softwaru zefektivnilo konstrukci forem

Společnost Dramco Tool & Die Co. z Grand Islandu se specializuje na výrobu komplexních vstřikovacích forem pro automobilový a spotřební průmysl. S ohledem na potřebu upgradovat a změnit systém konstrukce a výroby forem za účelem zvýšení efektivity začala hledat systém, který by umožňoval rychlou konstrukci forem, automatizaci některých procesů a umožňoval práci jak s objemovými tělesy, tak s volnými plochami.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Plasty a robot – jde to dohromady?

Žijeme v době, kdy nás plasty provázejí na každém kroku. Možná si ani neuvědomujeme, kde všude nám pomáhají, kde nás ovlivňují. Od tužky či propisky přes klávesnici, u které sedíme skoro každý den, po stravování a umělohmotné vařečky, které nahradily ty dřevěné, jež používaly naše babičky. Snažíme se usnadnit si život. Těžké díly ze železa vyměnit za lehčí, plastové. Stejně tak i tvůrci softwaru se snaží zjednodušit výrobu.

3D tisk a měření ve výuce i v praxi

Společnost MCAE Systems uspořádala koncem zimy dvě zajímavá setkání. První bylo zaměřeno na školní uživatele a bylo věnováno tématu 3D tisku a 3D optickému měření, druhé bylo určeno pro uživatele optických měřicích systémů firmy GOM z českých a slovenských průmyslových podniků.

Efektivní vývoj plastových dílů a vstřikovacích forem

V mnoha odvětvích – včetně automobilového průmyslu, zdravotnických technologií nebo spotřebního zboží – představuje proces vstřikování do forem nejpoužívanější a ekonomicky nejvýhodnější metodu výroby plastových dílů. Zásadní je zde povědomí, jak návrh jednotlivých dílů ovlivní jejich vyrobitelnost, a naopak – a to ještě před zahájením výroby. Řešení nabízí konstrukční simulace.

Automatická optimalizace plastového výrobku, formy a vstřikovacího procesu

Virtuální a reálná optimalizace procesu vstřikování plastů Varimos (Virtual And Real Injection Moulding Optimisation System) je expertní systém německé firmy Simcon GmbH. Sestává ze dvou základních částí – virtuální a reálné.

3D tisk nabízí příležitosti pro byznys

Bouřlivý rozvoj v oblasti 3D tisku a aditivní výroby a „demokratizace“ tohoto odvětví vytvořily prostor pro nové obchodní příležitosti. Ty sahají od domácích hobby strojů k potenciální výstavbě budov s pomocí 3D tisku ve vesmíru.

Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Virtuálně na veletrh

Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

Jste připraveni na budoucnost? Zjistěte to...

Každý den se probouzíme do situace, kdy nekonečný boj o nové zákazníky o kousek přitvrdí, je stále náročnější a vyhraje ten, kdo se nejlépe a nejrychleji přizpůsobí. Jak řekl rakouský psychiatr Viktor Frankl, základní lidskou vlastností je svoboda rozhodnout se, i když její uplatnění nemusí být lehké. Člověk není svobodný ve vztahu k podmínkám, v nichž žije, ale má svobodu v tom, jaké k nim zaujme stanovisko. Jak se rozhodnete vy?

Princip laserového čištění a jeho možnosti

Laserové čištění patří mezi mladé technologie, jež nacházejí stále nové uplatnění nejen v průmyslu. Hlavním důvodem jsou nízké provozní náklady, ekologická šetrnost k životnímu prostředí a v neposlední řadě šetrnost k čištěnému materiálu oproti konvenčním metodám.

Zajímavosti ze světa 3D tisku

3D tisk nabízí stále nové možnosti uplatnění, ať už jde o vlastnosti nebo rozměry finálního výrobku, nebo o zcela nové aplikační oblasti. Jednou ze zajímavých novinek je 3D tiskárna na desky plošných spojů, která umožňuje výrobu prototypu nebo malé série během několika hodin. Nebo z jiného soudku - v největších výrobních systémech lze vytisknout plastové díly s rozměry kolem 900 mm. Pokud máte za to, že se vám investice do takového zařízení nevyplatí, není třeba zoufat, neboť technologie jsou dostupné i formou služby.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit