Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Překvapivě odolné 3D tištěné kompozity
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura: 3D technologie

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.

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

Další články

3D technologie

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: