Témata
Reklama

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.

Odolné materiály i 3D tiskárny kompozitů zlevnily na úroveň nižších stovek tisíc. Může si je dovolit většina českých firem či dokonce jednotlivých profesionálů. V konzervativním českém průmyslu se často prosazují odspoda – přímo od konstruktérů a vedoucích konstrukčních oddělení, kteří jako první docenili jejich (často předem nečekané) možnosti. Nemusejí třeba čekat několik měsíců, než jim ve vytížené výrobě obrobí funkční díl. Jsou schopni si jej vyrobit sami do druhého dne ve vedlejší místnosti, nechat fyzicky otestovat a předat ke kompletaci.

Reklama
Reklama

Cestou k vyšší pevnosti

Výrazným krokem k pevnějším výtiskům je už samotné plnivo kompozitních materiálů: přidávána jsou jemně nasekaná mikrovlákna – například skleněná či uhlíková. Právě tolik populární „karbon“ přidaný do pružného a otěruvzdorného nylonu přenesl výrobu tuhých dílů i do oblasti stolního 3D tisku. Pořád však hovoříme o nárůstu pevnosti a tuhosti oproti ABS o desítky procent. Ale co když budete chtít 3D tiskem nahradit i funkční díly dříve obráběné z hliníku?

S řešením přišla před několika lety americká společnost Markforged, jejíž stolní i průmyslové 3D tiskárny umožnují do základního materiálu vkládat spojité vlákno z karbonu s vynikajícím poměrem pevnosti vůči hmotnosti, z kevlaru odolného proti obrušování či ze skelných vláken, která mohou být i v provedení s vysokou tepelnou odolností požadovanou v automobilovém nebo leteckém průmyslu.

Vyztužíme-li výtisk ze základního materiálu (černá křivka) spojitým vláknem z karbonu (modrá), kevlaru (žlutá) či skelným vláknem (zelená/červená), získáme pevný a odolný díl. A to i v porovnání s hliníkem 6061 (šedá).

Mechanické vlastnosti na míru

Samotná výztuž připomíná nit namotanou na cívce. Tenoučké vlákno v ruce snadno zlomíte, ale je velmi odolné v tahu. Jeho přednosti se tak naplno projeví až po zatištění do dílu. Konstruktér si sám volí, do kterých oblastí bude výztuž vložena – zda do celého objemu, do okrajových vrstev, k přírubám a závitům apod. O přesné rozvržení každé z vrstev už se pak automaticky postará aplikace pro snadnou přípravu 3D tisku.

Na pracovišti kontroly palivových potrubí pro automobily Porsche v liberecké VÚTS vytištěné kompozity postupně nahradily hliníkové upínací tvarovky. Oproti dřívějšímu frézování dílů z kovu přinesl 3D tisk výrazné úspory i flexibilitu výroby.

Základní materiál Onyx (nylon s nasekanými karbonovými mikrovlákny), tvořící ochranné pouzdro a hlavní hmotu výtisku, nabízí pevnost v ohybu 81 MPa. Po vyztužení spojitým vláknem však může pevnost dílu vzrůst až na 540 MPa (viz ilustrační graf). Nově je navíc k dispozici i nehořlavé provedení základního materiálu Onyx FR s obdobnými mechanickými vlastnostmi.

3D tiskárny kompozitů (na obrázku Markforged X5) vycházejí z tradičních metod tisku. Kromě pokládání taveného termoplastu tryskou však současně zvládají i velmi přesné vkládání spojité výztuže, která dílům dodává mnohonásobně vyšší pevnost.

Vyplatí se kompozity?

Stolní a průmyslové 3D tiskárny kompozitů mění způsob navrhování, vývoje, testování a výroby dílů, na něž v průmyslu a výrobě klademe zvýšené nároky – od montážních a upínacích přípravků přes čelisti robotizovaných výrobních linek až po plně funkční součásti ověřené náročným provozem. Pro konstruktéra najednou není problém navrhnout inovativní díl či náhradní součást a druhý den je mít hotové na stole ve velmi pevném provedení. Nemusí se trápit s výkresovou dokumentací pro CNC programování, tiskne přímo z 3D modelu. Nemusí čekat na trvale vytížená obráběcí centra, stává se pánem situace. Oproti konstrukčnímu hliníku je kompozitní díl až o 40 % lehčí a jeho příprava může být v součtu výrazně rychlejší i levnější.
3Dwiser.com

Tomáš Vít

tomas.vit@3dwiser.com

3Dwiser.com/kompozity

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 190607
Datum: 05. 06. 2019
Rubrika: Výroba / 3D technologie
Autor:
Firmy
Související články
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.

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.

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.

Související články
EBM - průlomová technologie výroby exponovaných součástí

Tvarově složité součásti přímo z výchozích materiálů. Vysoká produktivita. Kvalitní struktura. Výborné mechanické vlastnosti. Redukovaná zbytková napjatost. Žádné opotřebené nástroje, upínací prvky. Různé materiály. Přímá tvorba montážních sestav. Sjednocení více součástek do jedné. Úspora energie, času, nákladů. Bez odpadu. Energeticky efektivní a ekologické. To je EBM!

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Nový stroj pro laserový 3D tisk kovů

Na specializovaném veletrhu Formnext ve Frankfurtu nad Mohanem, zaměřující se výhradně na systémy aditivní výroby, představila firma Trumpf nový stroj pro laserový 3D tisk kovů - TruPrint 2000. Univerzální stroj TruPrint 2000 vyniká několika technologickými novinkami a jeho koncepce je uzpůsobena zejména pro precizní a choulostivé produkty zdravotnického průmyslu a stomatologie. Nicméně firma již nyní deklaruje, že stroj má výhody i pro použití v automotive, leteckém a strojírenském průmyslu nebo pro výrobu nástrojů a forem, protože standardně zvládne zpracovávat všechny typy materiálů od ocelí a nerezu, přes hliníkové, titanové, niklové slitiny až po chrom kobalt a slitiny mědi.

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.

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.

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.

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.

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.

Kancelářský 3D tisk z kovu na českém trhu

Česká společnost MCAE Systems podepsala partnerskou smlouvu s americkou společností Desktop Metal o zastoupení jejích produktů na českém a slovenském trhu. Přináší tak změnu způsobu výroby z kovu prostřednictvím jednoho z nejrychlejších 3D tiskových systémů na světě. Poprvé představí 3D tisk z kovu pro kancelářské prostředí a následně produkční systém pro sériovou výrobu, který bude ve svém odvětví skutečně revoluční.

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.

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.

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.

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