Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Praktické využití metod Rapid Prototypingu
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Praktické využití metod Rapid Prototypingu

Aktuálním trendem v oblasti spotřebního zboží a elektroniky je menší sériovost a větší variabilita. Jednu z perspektiv metod RP proto představuje malosériová a kusová výroba plastových a kovových výrobků

Krátce před Vánoci jsem navštívil firmu 3D Tech, kde jsem si povídal s jejím ředitelem ing. Vilémem Vrbickým o historii metod Rapid Prototypingu, jejich vlastnostech i možnostech využití v praxi.

MM: Jak dlouho se vaše firma zabývá Rapid Prototypingem?

Ing. Vrbický: My jsme uvedli Rapid Prototyping (dále RP) do České republiky v roce 1994. Do té doby zde nebylo o těchto metodách mnoho známo, takže koncem roku 1993 jsme uspořádali sérii přednášek, které seznamovaly s možnostmi technologií, jež se v zahraničí začaly používat. Metoda RP není příliš stará, první zařízení bylo patentováno v roce 1986, v roce 1988 byl vyroben pvní stroj pro komerční využití a do Evropy se tyto stroje dostaly v roce 1991. První stereolitograf, SLA 250, jsme dovezli v roce 1998. Jedná se o malý stroj, jeden z prvních, které firma 3D Systems vyrobila, s plynovým laserem a poměrně zastaralým řídicím systémem, ale umožnil výrobu prvních stereolitografických modelů na území ČR. V dalším roce jsme dovezli větší a již moderní stroj SLA 3500 s pevnolátkovým laserem, který umožňuje stavbu větších modelů. Dva stroje nám umožnily nabídnout zákazníkům volbu typu pryskyřice lišící se mechanickými vlastnostmi vyrobených modelů - dodnes máme v obou strojích instalovány různé materiály.

MM:Vy ale používáte ještě další technologie...

Ing. Vrbický: RP technologií postupně vznikla celá řada, stereolitografie byla první. Pan Hall, zakladatel firmy 3D Systems, který se původně zabýval litografií, přišel na nápad výroby modelů vrstvením, tedy přidáváním objemu a nikoliv ubíráním jako při obrábění. Mezi další úspěšné metody patří FDM (Fused Deposition Modelling) na principu natavování plastových vláken z ABS nebo metoda LOM (Laminated Object Manipulation), kdy model vzniká z vrstev papíru vyřezávaných laserem a lepených k sobě. Mezi novější metody patří 3D Printing, která pracuje zatím jen s voskem a plasty, ale je technologicky jednoduchá - pracuje podobně jako inkoustová tiskárna - a tudíž levná. Metodou, která šla mnohem dále a v současné době je v popředí zájmu, je Selective Laser Sintering (SLS), která má podobně jako stereolitografie základ ve vytvrzování materiálu po vrstvách pomocí laserového paprsku. Nepracuje však s kapalnou fází, ale s práškovým materiálem. Významného pokroku se dosáhlo využitím nových materiálů, začínalo se s polyamidem. Průkopníkem v této oblasti je americká firma DTM, která byla mimochodem v loňském roce koupena firmou 3D Systems. Jejím evropským konkurentem je německá firma EOS, která se rovněž zaměřovala nejen na vývoj vlastního zařízení, ale i nových materiálů. Dnes lze pomocí těchto technologií stavět modely z plastických hmot (obvykle z polyamidu), z kovů anebo z keramického prášku s epoxidovým pojivem. V naší firmě jsme roce 2001 instalovali lasersinteringovou technologii se záměrem produkce kovových výrobků v malosérii.

MM:Můžete říci něco o vlastnostech technologií a využití modelů?

Ing. Vrbický: 3D Systems razila heslo 3F: Fit, Form and Function, což je smontovatelnost, design, funkčnost. Dlužno říci, že stereolitografické modely nelze stoprocentně použít na všechny tyto oblasti. Jejich doména je v designu a v ověření smontovatelnosti. Na druhou stranu jejich nezastupitelná role je využití jako matečných modelů pro další aplikace, ať už jde o odlévání polyuretanu do pružných forem nebo výrobu modelového zařízení.
Když jsme u nás RP zaváděli, nebyla naším cílem pouze výroba modelů, ale i oslovení trhu malosériové a kusové výroby plastových a kovových výrobků, což vycházelo z myšlenky, že s rozvojem trhu se bude zvětšovat tlak spotřebitelů na větší sortiment výrobků. To pro výrobce přináší řadu nevýhod: zvýšení náročnosti prodeje, ale především zvýšení nákladovosti na výrobu. Ukazuje se, že na některých trzích, například ve Francii nebo v Itálii, je tento trend velmi aktuální. V oblasti spotřebního zboží a elektroniky je požadována menší sériovost za cenu větší variability, příkladem mohou být kryty na mobilní telefony. Na setkání uživatelů zařízení firmy EOS letos na jaře mě potěšilo, že tento trend se potvrdil nejen na straně odběratelů, ale i výrobců plastových a kovových dílů. Přitom požadavky na nástroje pro výrobu menších sérií jsou podobné jako na nástroje pro výrobu velkých, milionových sérií. Naším cílem bylo tedy vstoupit na tento perspektivní a zajímavý trh.
Výrobci zařízení RP tento trend rovněž sledují a firma 3D Systems asi v roce 1995 zahájila společně se třemi americkými firmami vývoj technologie Keltool, která dovoluje vyrobit nástroj pro vstřikování plastů během cca 3 - 4 týdnů. Tato technologie je poměrně náročná, používá stereolitografický model, který se zaformuje do silikonové formy, do níž se pak naplní speciální prášek z keramiky a kovu s epoxidovým pojivem. Po vysušení se takový model vypaluje v několikastupňovém tepelném režimu za přítomnosti inertních plynů nebo ve vakuu, přičemž dochází k vypálení pojiva a slinování do konečného tvaru. Nevýhodou této technologie je její obrovská cena, převyšující 1,5 mil. dolarů.
Metody SLS jsou naopak výrobě nástrojů bližší, což je umožněno vývojem speciálních prášků - v USA to bylo ve spolupráci výrobce s univerzitou MIT, v Evropě s firmou Elektrolux. Tyto prášky mohou být buď na bázi železa pro vysokotlaké formy na lití hliníku, anebo na bázi mědi pro vstřikovací formy na plasty nebo pryž. Další možností je výroba konečných výrobků pro zákazníka. Obě možnosti jsme vyzkoušeli, výrobu sintrované vstřikovací formy právě dokončujeme a brzy bychom měli mít první výlisky z této formy.
Stereolitografické (SLA) modely však neztrácejí svoje původní uplatnění, neboť jednak umožňují snadné dosažení vysoké kvality povrchu, jednak hrají velmi významnou roli jako matečné modely pro odlévání polyuretanu do silikonových forem. Sintrované modely jsou naopak vzhledem ke svým mechanickým vlastnostem velmi vhodné pro přímou montáž a zkoušky. Dokončení povrchu je však podstatně náročnější než u SLA modelu. Modely pak lze pokovit nebo opatřit povlaky z plastů.

MM:Můžete uvést příklady nějakých zajímavých výrobků?

Pomocí těchto technologií lze vyrobit řadu zajímavých výrobků, ale schopnost tyto výrobky vyrábět musí být podložena dalšími faktory. Asi před 3 lety jsme začali firmu přebudovávat z podniku, který měl několik zaměstnanců, na firmu, která by měla obsáhnout větší trh, přistupovat k němu profesionálně a nejen poskytovat služby, ale i deklarovat jejich kvalitu, zahrnout do svého programu vývoj a nabízet zákazníkům nové produkty. V oblasti malosériové výroby je to velice důležité, neboť část věcí čeká na technické dořešení a přenesení na trh k zákazníkovi. To neudělá firma, která dodává stroje, to musí udělat servisní firma, která ty stroje využívá. Proto jsme zahájili proces certifikace na ISO 9000, což s sebou nese nutnost ověření kvality. Z tohoto důvodu jsme začátkem roku 2002 instalovali měřicí stroj, takže nyní můžeme nejen tvrdit, že výrobek je kvalitní, ale také to dokladovat měřicím protokolem. Tato změna znamená i organizační změny, decentralizaci funkcí a pravomocí.
S tím souvisí i oblast vývoje. V letošním roce jsme například inovovali oba stereolitografické stroje poměrně velkými zásahy. Na starším stroji SLA 250 jsme instalovali nový systém na vytváření vrstev, což umožní vyrábět nejen kvalitněji, ale asi dvakrát rychleji. Tento doplněk se dá koupit asi za 15 000 dolarů, ale my jsme to zvládli za zlomek této ceny a podstatně rychleji - asi za dva týdny oproti obvyklému půl roku. Druhá zásadní inovace byla provedena na velkém zařízení, kde jsme vyměnili původní laser dodaný firmou 3D Systems za laser zcela jiný. O tuto přestavbu se snaží několik firem v USA i v Německu, ale nám se jako prvním podařilo tyto lasery nejen vyměnit, ale vyřešit i technické záležitosti, které jsou s tím spojeny, jako rychlost kresby paprsku, vytváření vrstvy, snímání výkonu paprsku atd. Touto změnou bylo dosaženo až trojnásobného zvýšení výkonu laseru, což přináší zvýšení rychlosti stavby, a tím snížení ceny modelu, i zvýšení stupně vytvrzení materiálu přímo ve vaně. To umožňuje zkrátit dobu následného vytvrzování v UV peci a zvýšit stabilitu výrobku.

MM:Počítáte s tím, že byste získané zkušenosti využili i pro modernizace SLA zařízení jiných uživatelů?

Ing. Vrbický: Co se týká té druhé inovace - výměny laseru -, nedělali jsme ji sami, ale společně s dodavatelem laseru, který sídlí zde v Praze. Informace o tom, že to umíme, je puštěna do světa a již se začaly hlásit některé firmy z Evropy i z Ameriky, které mají o tuto přestavbu zájem. Protože 3D Systems přestavbu uvolnila i licenčně, můžeme ji společně s naším partnerem prodávat. Je to takový vedlejší produkt, ale ne nezajímavý.

MM:Existují kromě strojírenství či elektrotechniky ještě jiné oblasti využití těchto metod?

Ing. Vrbický: Další zajímavé využití, které nemá mnoho společného se strojírenstvím, je v medicíně. Na základě tomografického vyšetření je možné pro pacienta vyrobit individuální implantát, například některého kloubu.

MM:Děkuji vám za rozhovor.

Další články

Technologie zpracování pryže/ plastů

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: