Stolní 3D tisk pro výrobu automobilových dílů

Historie společnosti Continental sahá až do roku 1871, kdy počala v německém Hannoveru s výrobou z pryže a mimo jiné též pneumatik pro vozy a jízdní kola. Dnes je značka celosvětově známá působením v oblastech mobility a přepravy, kde z pozice dodavatele pro automobilový průmysl přináší řadu inovativních řešení. Divize Chassis & Safety vyvíjí a vyrábí integrované technologie aktivní i pasivní bezpečnosti jízdy, stejně tak i výrobky přispívají k jízdní dynamice vozidel.

Jičínský závod společnosti Continental Automotive Czech Republic vyrábí milióny kusů brzdových posilovačů a převodovek elektrických parkovacích brzd. Postaven byl v roce 1995 a dnes v něm pracuje zhruba jeden a půl tisíce zaměstnanců. Právě zde si všimli, že i nasazení nejdostupnější metody 3D tisku – stolní FDM/FFF – pomáhá výrazně zkrátit některé odstávky výroby, či jim rovnou zamezit. Především při potřebě speciálních, na míru připravených součástek – od pružných vložek robotických čelistí až po těsnění stírající přebytečný olej z hřídelí elektromotorů. Po otestování více materiálů pro stolní 3D tisk zde vsadili na výrobky české značky Fillamentum.

„Zaujala nás velmi široká nabídka materiálů i renomé podložené vlastním výzkumem a výrobou, které si Fillamentum získalo v posledních letech v Česku i ve světě. Především nás však přesvědčila stabilní kvalita materiálů,“ vzpomíná konstruktér Jan Blepta divize Chassis & Safety značky Continental. „Struna ze zvoleného typu materiálu, například pružného Flexfillu TPU či snadno tisknutelného PLA, se totiž chová stejně jako ta zakoupená třeba před rokem. To je pro nás velkou výhodou, protože se můžeme spolehnout na dříve připravený tiskový profil pro konkrétní tiskárnu. Nemusíme znovu laborovat s desítkami nastavení u technických materiálů a soustředíme se o to víc na návrh a 3D tisk konkrétní součásti pro robotizovanou výrobu.“

V tak obrovské mezinárodní skupině, jaká je dnes sdružena pod značkou Continental, nejde o jediné nasazení 3D tiskáren. Využívají zde různých metod – od 3D tisku z termoplastů přes kompozity a pryskyřice až po spékání kovových prášků. Uzavřeni nejsou ani specializovaným externím dodavatelům. V jičínském závodě však zvolili cestu od nejdostupnějších 3D tiskáren, se kterými má inženýr Blepta i řadu dlouhodobých osobních zkušeností.

Jako první se zde v roce 2014 objevila stavebnice RebeliX pro tisk z ABS či PLA. O rok později přibyla stereolitografická DLP tiskárna Dwarf českého konstruktéra Jiřího Posledníka. Čerstvě nainstalováno je produkční zařízení Markforged Mark Two, které umožňuje tisknout velmi odolné funkční díly s pevností konstrukčního hliníku díky prokládání výtisků spojitým uhlíkovým vláknem. Ještě letos na ně naváže také nejnovější model stavebnice Prusa i3 MK2S.

Zkušený konstruktér dnes dokáže i na dostupné stolní 3D tiskárně vytisknout na míru navržené součástky a montážní pomůcky z pokročilých materiálů. Ke zrodu trojrozměrných virtuálních předloh zde využívají profesionální CAD aplikace SolidWorks. Pro tisk málo namáhaných dílů stačí základní materiál PLA, pro součásti s požadavkem na vyšší pružnost zvolili v jičínském závodě Fillamentum Flexfill 92A (TPU - číslo udává tvrdost dle stupnice Shore). Připraveni jsou také také na Nylon CF15 Carbon, což je nedávno představený materiál značky Fillamentum s nylonovým základem zesíleným krátkými vlákny z karbonu, který přináší mj. zvýšenou odolnost proti rázovému zatížení.

Klíčovým argumentem pro úspěšné nasazení 3D tisku se ukázala být rychlost: „Co mě dnes napadne, mohu zítra navrhnout a z materiálů Fillamentum okamžitě vytisknout. Nečekáme týdny na výrobu tradičním obráběním v nástrojárně. Můžeme vyzkoušet více variant v krátkém čase, rychle najdeme ideální tvar. Potřebujeme-li díl opravdu rychle, vytiskneme si dočasný. Ten požíváme ve stroji až do doby, kdy nám přijde finální obrobek. Někdy ale dojdeme i k závěru, že obráběný díl není vůbec nutný a původně dočasný tisknutý díl se stane trvalým,“ upřesňuje Jan Blepta. „Díky 3D tisku jsme schopni vyrobit i dříve nemyslitelné tvary – třeba s dutinami proměnlivých tvarů nezhotovitelnými tradičním frézováním.“

Vůbec první nasazení výtisků z pružného materiálu s tvrdostí 92A (Shore) směřovalo na dosedací plochy čelistí robota, který manipuluje s převodovkami na montážní lince. Za den přesune okolo 7000 dílů, každý váží okolo půl kilogramu. Uchopení každé převodovky obstarává pevná ocelová čelist s pryžovými vložkami, které zabraňují poškození povrchu. Nicméně vložky z EPDM se po spuštění sériové výroby velmi rychle opotřebovávaly a po třech týdnech už byly poškozené tak, že docházelo i k sporadickému upuštění přenášeného dílu. Protože náhradní vložky nebyly rychle dostupné, vytiskl Jan Blepta náhradní z materiálu Flexfill – i s výstupky na styčných plochách pro zvýšení spolehlivosti úchopu robotickou čelistí. Ani po pětiměsíčním každodenním využití v sériové výrobě na nich není patrné opotřebení.

I další z ukázkových projektů se týkal robotického manipulátoru, avšak tentokrát ocelové čelisti opakovaně přenášely dvě velmi lehké kovové součástky vážící pouhých několik gramů. Teprve využití pružných dosedacích vložek zvýšilo spolehlivost úchopu tak, aby se lehké díly uvnitř čelistí při dynamické manipulaci samovolně nepohybovaly. Zatímco EPDM pryž vydržela po několik set přenášených dílů, vytištěné vložky z Flexfillu slouží spolehlivě dodnes – a zatím opět bez znatelného opotřebení.

Když se Flexfill osvědčil na projektech adhezivních vložek, rozhodl se jej Jan Blepta s úspěchem využít i při výrobě elektrických vakuových pump. V rámci montáže je třeba namazat hřídele elektromotorů, jsou tedy nořeny do zásobníku s olejem. Pružná stěrka při vysouvání hřídele zajistí, aby na součástce zbyla pouze tenká vrstva oleje a přebytečné mazivo zůstalo v zásobníku. I toto těsnění se stěrkou bylo vytištěno z Flexfillu a zatím velmi dobře odolává zvýšenému opotřebení – hřídele totiž mají na povrchu mnoho tenkých drážek zvyšujících otěr.

„Při nevysoké pořizovací a provozní ceně stolní 3D tiskárny a dostupnosti kvalitních materiálů je návratnost podobné investice rychlá. Přínosy vidíme už po několika na míru zhotovených součástech, které zabraňují některým poruchám, a tím také nákladným odstávkám výrobní linky,“ připomíná Jan Blepta. I proto se letos rozhodli v jičínském závodě divize Chassis & Safety značky Continental modernizovat a dále rozšířit nasazení stolních 3D tiskáren. Při 3D tisku na míru navržených součástek se chystají vyzkoušet i další z technických materiálů značky Fillamentum.

hana.janisova@mmspektrum.com