Jednu z cest, která může přispět ke snížení nákladů na vývoj plastových výlisků či kovových odlitků, představuje Rapid Prototyping (dále RP). Navštívil jsem proto společnost SYSCAE, která se kromě jiného zabývá výrobou prototypů z práškového polyamidu na laserovém stroji Eosint P 360. Na moje otázky odpovídali obchodní ředitel ing. Tomáš Langer a vedoucí oddělení RP ing. Zdeněk Zemánek.
MM: V květnu minulého roku vaše firma, resp. tehdy ještě jako součást společnosti Datasys, představila technické veřejnosti pracoviště laser sinteringu v Mladé Boleslavi, o kterém jsme informovali i na stránkách našeho časopisu. Jaké modely jste již na tomto pracovišti zhotovili?
Ing. Zemánek: Byly to desítky různých dílů od velikosti 10 ÷ 15 mm až po díly velké kolem 1 m. Ty jsou však už lepené ze dvou nebo tří kusů, které se po spečení opracují, slepí a dokončují.
MM: Pokud budu vystupovat v roli zákazníka, co ode mne pro zhotovení prototypu potřebujete?
Ing. Langer: Potřebujeme 3D data, ideální je, když mohou být přímo v STL formátu. Ale pokud zákazník nemá potřebný software, můžeme potřebný 3D model zkonstruovat podle 2D dokumentace či klasického papírového výkresu. Dále od zákazníka potřebujeme co nejvíce informací o tom, jak výsledný kus bude používat, které rozměry jsou pro něj důležité, které plochy jsou důležité z hlediska kvality povrchu, do čeho budou zapadat zácvaky na plastových dílech, a hlavně potřebujeme vědět, jestli výrobek bude zatěžovat čili zda to bude skutečně prototyp na zkoušky anebo prototyp vzhledový. Na tom záleží, neboť díky tomu, že materiál je stavěn po vrstvách, má v různých směrech různé mechanické vlastnosti. Budoucímu zatížení a vzhledu je třeba přizpůsobit polohu při výrobě na stroji.
Ing. Zemánek: Hladký povrch lze totiž udělat pouze na spodní a vrchní ploše. Jinde budou vidět stopy po růstu, léta. Ta léta potom můžeme na základě požadavku odstranit opravou, broušením nebo stříkáním. Pokud zákazník nepotřebuje opravu, uděláme funkční plochou tu, kterou potřebuje. Válcová plocha stavěná s osou kolmo ke směru růstu je složena z velkého množství plošek. Naopak kruh na spodní nebo vrchní ploše je krásně pravidelný.
MM: Pro výrobu prototypu lze použít polyamid čistý nebo plněný sklem. Jak se liší vlastnosti modelu zhotoveného z těchto materiálů?
Ing. Zemánek: Porovnáme-li polyamid s 30 % skla a čistý polyamid, ze skelného se nám lépe staví, protože má menší smrštivost a vcelku dobře se brousí. Čistý polyamid má vyšší pevnost, více se smršťuje, je pružný a je také dražší. Dá se použít např. na zácvaky, neboť vydrží delší cyklické namáhání.
Ing. Langer: Já bych to doplnil - zácvaky z polyamidu plněného sklem by šly také zacvaknout, ale už není jistota, že půjdou několikrát rozebrat a zase vrátit zpátky. Kdežto čistý polyamid mohu několikrát rozebrat a zase zacvaknout...
Ing. Zemánek: ... pokud je to dobře konstrukčně udělané. Měli jsme zakázku z čistého polyamidu, kde konstruktér chtěl udělat díl, který by byl levný výrobně, avšak výsledek nebyl funkční. Ale zjistilo se, kde je chyba, a náprava stála jen pár korun.
MM: Můžete uvést příklad nějakého prototypu, který jste vyrobili?
Ing. Zemánek: Dělali jsme například vysavač, ne pro konkrétní firmu, ale pro designéra. Dostali jsme od něj data, hotový vysavač se vybrousil, zastříkal speciálním tmelem, znovu vybrousil, tmelil, nastříkal základní barvou a následně dokončil v barvách firmy SYSCAE - tedy černé, oranžové a šedé. Výsledek nepoznáte od výstřiku, je dokonale hladký.
Ing. Langer:Dnes jsme schopni udělat povrchovou úpravu podle toho, jak má vypadat výsledný kus, ať už jde o lakování nebo chromování, případně potažení fólií, kterou můžeme imitovat různé druhy materiálů, jako dřevo, mramor aj. Navíc, pokud jsou například potřeba různé materiály průhledné nebo elastické, například imitace gumy, jsme schopni podle modelu zajistit odlití silikonové formy a potřebné díly odlít z polyuretanu, který může mít velký rozsah vlastností. Dají se tak dělat malé série do 20 kusů a imitovat různorodější materiály.
MM: Která vaše práce byla nejzajímavější po technické stránce?
Ing. Langer: Model klikové skříně motoru z polyamidu plněného sklem, který představuje složitý odlitek z hliníkové slitiny. Byl podle něho vyhodnocen vliv provedených konstrukčních změn na stávajícím sériovém výrobku. Nad fyzickým prototypem mohou konstruktéři lépe diskutovat, co by se kde dalo upravit. Je to pro ně jednodušší než se dívat na obrazovku, byť na trojrozměrný model.
Ing. Zemánek: Tento model je opravdu technickým skvostem, perlou, a to co do přesnosti i kvality povrchu. Zákazník nám jej po vyhodnocení vrátil a nechal nám ho jako reklamní díl.
MM: Co všechno lze dělat s prototypem, který má sloužit jako funkční?
Ing. Langer: Pokud sériový výrobek má být z běžného plastu, řekněme z ABS, můžeme model zatěžovat úplně stejně. Pokud má být z materiálu technického, jako je například polyamid 66 plněný sklem, uvádí se, že hodnoty mechanických vlastností prototypu vyrobeného laserovým sintrováním dosahují 80 až 90 % hodnot materiálu vstřikovaného. Základní mechanické vlastnosti jsou uvedeny v tabulce, pro konkrétní kus lze v případě zájmu provést trhací zkoušky, zkoušky rázové houževnatosti apod.
MM: Máte zpětné informace od zákazníků, co s prototypy dělali?
Ing. Langer: Máme, samozřejmě. Jedním z nejlepších příkladů je rotor vývěvy do vysavače, který byl skutečně zamontován a točil se plnými otáčkami při asi 150 °C a bez problémů vydržel. Při zkouškách se zjistilo, že tvar lopatek nebyl navržen úplně ideálně. Postupně se vyzkoušelo asi 5 variant, z nichž poslední měla podstatně lepší parametry než ta původní. Díky efektu rychlého prototypu se během pár týdnů odzkoušelo to, co by se klasickým postupem zkoušelo půl roku.
MM: Mohli byste jmenovat ještě další obory, kde nachází lasersintering uplatnění?
Ing. Langer: V současné době zkoušíme využití těchto prototypů ve slévárenství na vytavitelný model. Možností je několik: buď podle polyamidového modelu můžeme dělat voskové modely, nebo se dá použít přímo model z lasersinteringu, který se tedy nikoliv vytaví, ale vypálí v peci, a pak se podle něj odlévá. Lze to použít již od výroby jediného odlitku, což je oproti případu, kdy se musí udělat formička na voskové modely, velice ekonomické. Není také problém polyamidové modely použít pro formování do písku.
Další oblast představují nástrojárny, které vyrábějí formy pro vstřikování plastů a pomocí RP si ověřují, zda dostaly od zákazníka správná data. Ne vždy je totiž v datech takový pořádek, jaký by měl být. Pokud by vše šlo klasickou cestou, nástrojárna zkonstruuje a vyrobí formu, udělá první výstřik a zákazník může po třech nebo pěti měsících zjistit, že součást nepasuje. Pokud si nástrojárna objedná výrobu prototypu, během několika dní jej může předvést zákazníkovi. Ten jej ověří, zkusí zamontovat a odsouhlasí, případně řekne, že je tam chyba. Jelikož je to v době, kdy se ještě nezačala forma frézovat, nevzniká prakticky žádná ztráta.
MM: Za jak dlouho jste schopni prototyp dodat zákazníkovi?
Ing. Zemánek: Standardní doba je 3 až 5 dní. Pokud zákazník spěchá, můžeme mu na základě domluvy vyjít vstříc, a pokud ráno dostaneme data, může menší věc večer mít. Jestliže jde o náročnější model, jako například zmíněný díl motoru, musí po dokončení 20 hodin chladnout. Potom se ofouká od zbylého prášku a dočistí. Čili na základě domluvy se zákazníkem, pokud to odpovídá technologii, lze model udělat ve dnech nebo v hodinách.
Ing. Langer: Na závěr uvedu ještě jeden příklad mimo oblast automobilového a leteckého průmyslu: Výrobce okenních žaluzií byl zároveň autorem nového mechanismu, který je jednodušší a funguje lépe. Použití RP mu ušetřilo 3 měsíce, protože on byl zvyklý tyto díly zadat konstruktérovi, který mu je zkonstruoval a zároveň zajistil výrobu formy, která - pokud díl fungoval správně - byla sériová, pokud ne - tak byla jenom prototypová. Než mu udělali formy i na ty malé "čudlíky", které pak vystříkli, trvalo to ony 3 měsíce. Pokud se forma povedla, samozřejmě na ten počet kusů nestála tolik, co by stál RP, ale od nás během 4 nebo 5 dní dostal 30 či 40 malých dílečků, které hned začal montovat do mechanismu. Tak si ověřil, že konstrukce je správná a že může zadat sériové formy a začít dělat reklamu na nový druh ovládání žaluzií.
MM: Děkuji za informace a přeji mnoho úspěchů při stavbě prototypů.