Témata
Reklama

Dostupnější 3D tisk kovů

Aditivní výroba z kovových materiálů přináší do průmyslu řadu výhod - od tvarové svobody až po výrobu dosud nemyslitelných (a jinak nevyrobitelných) dílů i celých sestav. Dosud si drží pověst velmi nákladné a provozně složité technologie. Nové metody však chtějí přinést 3D tisk z kovů i týmům a firmám, které si jej dosud nemohly dovolit.

V současné nabídce aditivní výroby – tolik skloňované v rámci Průmyslu 4.0 – patří 3D tisk z kovů k technologické špičce. Odolné a překvapivě pevné 3D tištěné kompozity z nylonu se spojitou výztuží z karbonu sice dokážou v mnoha ohledech kovové díly nahradit, pro mnohé aplikace je však kov stále nenahraditelný. Třeba pro své výjimečné fyzikální vlastnosti i obrobitelnost tradičními postupy. Díky konzervativnímu přístupu v českém strojírenství jsou navíc mnohé slitiny považovány za základ, o kterém se nediskutuje.

Reklama
Reklama
Reklama
Vlevo nahoře cívka s kovovým materiálem (bezpečně vázaným ve voskovém polymeru), vpravo s keramickým materiálem (čistě pro potřeby separační vrstvy). Nebezpečného kovového prášku všude po pracovišti se u této metody 3D tisku kovů bát nemusíte.

3D tisk z kovových prášků

Nejrozšířenější metodou 3D tisku kovů je dnes zpracování jemných kovových prášků, například tavením či sintrováním výkonnými lasery (metodami SLS, SLM aj.). Přináší řadu dříve nemyslitelných možností – například již zmíněnou tvarovou svobodu při navrhování, kterou konstruktéři obratem využívají při topologické optimalizaci dílů. Tyto technologie aditivní výroby však vyžadují mj. náročnou manipulaci s velmi drahými kovovými prášky, rizikovými z pohledu možné kontaminace pracoviště. Stejně tak je nutné počítat s výraznou investicí do technologie a nutného zázemí, běžně v řádu desítek milionů korun.

3D tiskárnu Markforged Metal X pro tisk z kovů novou metodou ADAM doplňuje čisticí stanice (vpravo) a sintrovací pec (vlevo) s přesným nastavením pro každý materiál.

„Chceme si tisknout sami a kdy chceme“

3D tisk kovů vlastními silami zůstával dlouho nedostupný pro mnohé menší týmy či podniky, které chtějí využít digitální výroby z 3D dat přímo ve svých lokálních provozech. Změnit to chce dlouho očekávaná novinka, která letos v zimě vstoupila i na český trh. Metoda ADAM americké společnosti Markforged kombinuje praxí nesčetněkrát ověřený způsob pokládání taveného materiálu ze strun na cívkách se sintrováním výtisku v peci, kde teprve získává pevnou kovovou strukturu.
V čem vůbec spočívá jedinečnost tohoto přístupu? 3D tiskárna Metal X nepracuje s volnými kovovými prášky, ale se strunami na cívkách, jak je známe už z 3D tisku termoplastů. Kovové plnivo – například nerezová či nástrojová ocel – je ve struně vázáno voskovými polymery. Výrobce již navíc připravuje další materiály, jako měď, titan, Inconel a specializované oceli.

Ukázkové výtisky metodou ADAM z nerezových ocelí 17-4 PH, resp. 316L. Výtisky není nutno odřezávat od podložky, povrchové úpravy (čistě volitelné) lze provádět tradičními postupy.



Požadovaný díl se nejprve po vrstvách vytiskne přímo z 3D dat. Následně se vymyje většina voskového nosiče a výtisk putuje do sintrovací pece. Za působení vysokých teplot vzniká mezi částicemi pevná kovová vazba, díl se kontrolovaně smršťuje, zůstává výtisk požadovaných rozměrů. Díky keramické separační vrstvě na podložce i dočasných podporách, které se souběžně tisknou z druhé cívky, není nutné díl od podkladu pracně odřezávat. Výrobek lze po dokončení snadno otryskat a jinak obrábět tradičními postupy. Zkušenosti z praxe ukazují, že dodatečné úpravy často ani nejsou nutné.

Schéma výrobního postupu při 3D tisku kovového dílu metodou ADAM

Bariéra dostupnosti 3D tisku se snižuje

Velkou výhodou nové technologie v porovnání se zařízeními využívajícími vysoce výkonných laserů je její dostupnost – jak z pohledu prvotní investice, tak i výrobních nákladů. Pro představu: kompletní sestava kovové 3D tiskárny Metal X, čisticí stanice, sintrovací pece a příslušenství, jak ji aktuálně v Česku dodává společnost 3Dwiser, se pohybuje okolo 3,5 milionu korun bez daně. Ač je nutná drobná stavební připravenost pracoviště (trubní vedení procesních plynů a kapalin, prostor pro umístění tlakových nádrží s plynem pro ochrannou atmosféru v peci, odvětrání), stále jde o podstatně nižší investici do zařízení a objektu okolo něj.

Pro velmi náročné aplikace, například v automobilovém či leteckém průmyslu, u modelů s velkým objemem a podobně, zůstává tavení či sintrování kovových prášků lasery nezastupitelné. Nová metoda jim v této oblasti ani konkurovat nechce. Pro firmy, které požadují běžně velké a tvarově složité součástky – od montážních prvků přes funkční mechanické díly až po nemalou část obecné kovovýroby –, však může být Markforged Metal X přesně tím východiskem, na které léta čekaly s vyhlídkou na zlevnění a zrychlení vlastní výroby.

3Dwiser

Vojtěch Šprdlík

sprdlik@narrativemedia.cz

3Dwiser.com/kovy

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 190415
Datum: 10. 04. 2019
Rubrika: Trendy / 3D technologie
Autor:
Firmy
Související články
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.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Customizace 3D tisku+ eMobilita = eBike

V loňském roce (viz. www.mmspektrum.com/170744) jsme přinesli rozhovor Jána Košturiaka s renomovaným slovenským designérem Patrikem Paulem. Rozprava se týkala 3D tištěného eBiku, jehož výjimečnost konstrukce spočívá v customizovaném řešení rozměrových a materiálových parametrů kola pro optimální potřeby jezdce.

Související články
Od aditivních strojů k hybridním zařízením

Zlepšující se funkčnost a výkon hardwaru, široká paleta volby materiálů a stále se zlepšující kvalita vyráběných součástí přispívají k růstu aditivní výroby. Technik ve výrobě tak získává neustále na významu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Aditivní technologie (nejen) v leteckém průmyslu

3D tisk, neboli aditivní výroba, v dnešních dnech zažívá opravdový boom. Většina firem technického zaměření, které jsou na špičce v oblasti inovací, tuto technologii vlastní, nebo alespoň externě využívá. Obdoba této technologie však není v přírodě nová, ani nijak výjimečná.

Investice do 3D tisku se bleskově vracejí

Pro výrobní podniky či konstrukční týmy není aditivní výroba novinkou, přesto se i dnes objevují zcela nové možnosti, které jejímu rozšiřování významně pomáhají. Proč čekat na obrobení unikátního funkčního dílu z hliníku, když si jej mohu mnohem rychleji i levněji vytisknout z kompozitu vyztuženého karbonem? Proč pro tisk kovových dílů kupovat zařízení za desítky milionů, když novou technologii pro běžně namáhané díly z nejrůznějších kovů a slitin lze pořídit za zlomek ceny? A stolní 3D tiskárny – ještě nedávno pohrdavě přehlížené coby hračka pro prototypující konstruktéry – dnes najdeme přímo v provozech nejznámějších oborových značek, mj. pro svou dostupnost, spolehlivost i možnost nasazení bez složitého zasahování do podnikové IT infrastruktury.

Kombinace aditivní výroby s obráběním

V současnosti se průmyslově používají dvě technologie laserové aditivní výroby z kovových prášků. První způsob SLS (selective laser sintering) pracuje se spékáním prášku v tenkých vrstvách o tloušťce několika desítek nanometrů. Výhodou je dobrá rozměrová přesnost, nevýhodou naopak omezená velikost dílu daná velikostí pracovního prostoru stroje. Nejčastěji se v současnosti lze s touto metodou setkat při výrobě vstřikovacích forem pro plast, leteckých dílů nebo implantátů pro medicínu vyráběných ze slitin titanu či Inconelu. Protipólem je robustní metoda s mnoha názvy, nejběžněji označovaná LMD (laser metal deposition). Výhodou tohoto způsobu je vyšší produktivita (navaření až několika kilogramů prášku za hodinu) a použití i na větší strojní díly. To za cenu menší tvarové přesnosti a nutnosti větších přídavků pro následné obrábění. Většina významných výrobců obráběcích strojů již vyrábí takové hybridní stroje a integrovala laser s navařovací hlavou do svých strojů.

Aditivní technologie pro Průmysl 4.0

Výrobní stroje pracující na principu aditivních technologií si generují samy vlastní výrobní strategii a dráhy. Nepotřebují zvláštní přípravu výroby. Ta spočívá pouze v umístění výrobku do výrobního prostoru stroje.

Hybridní 3D tisk - tisk a obrábění na jednom stroji

K dnešním technologiím už neodmyslitelně patří progresivní rozvoj výroby pomocí kovového 3D tisku. Tato technologie uvolňuje ruce konstruktérům, kteří téměř nejsou limitovaní tvarem součásti, strukturou materiálů atd. Z pohledu výrobního 3D tisk však vytváří řadu nových technických výzev k řešení.

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Trendy 3D tisku více materiálů, méně starostí

Na 61. mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně byla k vidění řada atraktivních novinek pro zdejší profesionály i podniky, které zavádějí či rozšiřují aditivní výrobu.

Vliv složek ochranných atmosfér na WAAM

Svařování v současné době není už pouze technologií ke spojování materiálů. S rozvojem aditivní výroby strojních součástí lze tento proces využít také pro výrobu komplexních a geometricky složitých součástí. Technologie WAAM využívá svařování pro vrstvení jednotlivých svarových housenek do tvaru vyráběné strojní součásti a je charakterizována mnoha proměnnými – mimo jiné i účinky ochranné atmosféry. Cílem příspěvku je zhodnotit vliv jednotlivých složek ochranných atmosfér používaných pro MAG svařování.

Překvapivě odolné 3D tištěné kompozity

Jednou z brzd širšího nasazení aditivní výroby z plastů byly v minulých desetiletích materiály. Pokračující výzkum a vývoj však přinášejí výrazný nárůst jejich pevnosti i odolnosti. Využití 3D tisku se díky tomu přesunulo od pouhých křehkých prototypů až k finálním, plně funkčním dílům a náhradním součástem. Dnešní 3D tištěné kompozity se spojitou výztuží přímo konkurují dílům dříve obráběným z hliníku. Jen pevnost v tahu nabídnou až 23x vyšší, než známe u ABS.

Budoucnost české výroby

Česká výroba prochází složitým obdobím. Naši výrobci musí každý den řešit složité úkoly a problémy, za které si z části ani nemohou. Doba už je taková, je potřeba se jí ale postavit čelem.

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