Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Výroba tiskových strun pro 3D tiskárny
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Výroba tiskových strun pro 3D tiskárny

Na světovém trhu mohou uspět i mladé české firmy. Příkladem je společnost Fillamentum, která se zabývá vývojem a výrobou high-tech plastových výrobků technologií extruze. K jejím stěžejním produktům patří tiskové struny pro 3D tiskárny.

S Josefem Dolečkem, ředitelem společnosti Fillamentum, jsem se poprvé setkal loni v Praze při vyhlášení výsledků soutěže Exportní cena DHL Unicredit, kdy zde přebíral první cenu v kategorii Globální exportér. Domluvil jsem se s ním, že se k nim na jaře přijedu na výrobu podívat.

Založení firmy

Firma dnes sídlí v moderně zařízené budově na náměstí v Hulíně, kde jsou také umístěny kanceláře vedení společnosti, vývojové pracoviště a expedice. Část rozlehlého dvora zaujímá výrobní hala, v níž pracuje několik extruzních linek. Začátky však byly skromnější.

„Původně jsme byli zaměstnanci společnosti, která se zabývala zpracováním plastů. Sice se zaměřovala na běžné komodity, ale my jsme chtěli více využít své know-how a soustředit se na to, co umíme, tedy na speciality a na přesnost,“ vypráví Josef Doleček. „Založili jsme proto vlastní společnost. Začali jsme v roce 2012 v pronajatých prostorách v Otrokovicích s jednou extruzní linkou – v podstatě šlo o garážovou firmu.“


„Sem do Hulína jsme se přestěhovali, abychom mohli rozšířit výrobu tiskových strun,“ říká Josef Doleček, ředitel společnosti Fillamentum.

Vize zakladatelů zapadá i do směru, kterým se vývoj plastů ubírá, tedy k inženýrským plastům s high-tech vlastnostmi. První zakázky přišly z automobilového průmyslu. „Své zkušenosti jsme transformovali do produkce bovdenových výstelek,“ uvádí Josef Doleček. Tyto výstelky jsou součástí ovládacích kabelů, tzv. „bovdenů“, které se používají v automobilech pro ovládání oken, dveří nebo kapot. „Jelikož zástavbové poměry v automobilech jsou stále náročnější, musejí být kabely v prostoru různě ohýbány. O to větší důraz je kladen na tribologické vlastnosti vnitřních výstelek, aby lanko nikde nezadrhávalo a funkčnost byla perfektní. Díky tomu jsme začali vyrábět – měli jsme něco, co bylo na trhu specialitou.“ Další oblastí, na kterou se společnost zaměřila, bylo zpracování fluorovaných polymerů, které velmi dobře odolávají agresivním chemikáliím.


Jednou ze zajímavých aplikačních oblastí 3D tisku je údržba. Vytištění dočasného náhradního dílu umožní udržet výrobní linku v provozu do dodávky originálního dílu.

Zahájení výroby tiskových strun

Další zlom přišel v roce 2013, kdy společnost, která se v té době jmenovala Parzlich, začala s výrobou 3D tiskových filamentů. „Původně to byl jen takový nápad, nevěděli jsme, co od něj máme očekávat,“ vzpomíná Josef Doleček. „Protože výroba filamentů nám s ohledem na naše zkušenosti nepřišla jako nic složitého, oslovili jsme výrobce 3D tiskáren, firmu 3D Factories tady ze Strážnice. Dnes již neexistuje, ale v té době měla velký potenciál. Nabídli jsme jim možnost dodávek tiskových materiálů, ale nedokázali jsme odhadnout, jak budou reagovat, protože v té době byly na trhu jen tiskové materiály z Číny, jejichž cena byla velmi nízká. Ozvali se okamžitě, protože s kvalitou dostupných materiálů nebyli spokojeni. Cena totiž není hlavní kritérium – pokud materiál způsobuje problémy při tisku, nezáleží na tom, zda je levný, prostě je špatný.“ Společnost materiál okamžitě vyzkoušela a hned po měsíci byly zahájeny pravidelné dodávky.


Extrudér, který slouží pro výrobu tiskových strun.

„Trh byl hladový, byla zde určitá mezera, takže výroba filamentů se okamžitě nastartovala. Viděl jsem ale větší potenciál než v šesti základních barvách a dvou tiskových materiálech,“ uvádí Josef Doleček. „Vlastnosti tiskových materiálů lze totiž krásně naškálovat a zákazníkům nabídnout plno produktových řad. Rozhodli jsme se tedy vstoupit na trh s profesionálními materiály a s odstíny, které plně odpovídaly stupnici RAL, což v té době nebylo běžné.“ To bylo kolem roku 2014, kdy se tento byznys v Evropě teprve rozjížděl a hledaly se možnosti uplatnění 3D tisku. Počátkem roku 2015 se firma, s ohledem na možnost rozšíření výroby tiskových strun, přestěhovala do Hulína.

Vstup na světový trh

V dubnu 2014 na 3D Expo v Praze, což byla vůbec první výstava, která se v ČR oblasti 3D tisku věnovala, společnost představila značku Fillamentum. Ta v této první fázi zastřešovala tiskové materiály ve zhruba 25 odstínech pro každý z nich. „Hned nato, v září, jsme vystavovali v Londýně. Tím jsme se zařadili na evropskou a současně i světovou úroveň, protože Amerika v oblasti neprofesionálního či desktopového segmentu 3D tisku malinko zaspala. Díky tomu, že se nám povedlo být v pravý čas na pravém místě, se výroba rozjela tak rychle, že nějaký aktivní marketing jsme začali používat vlastně až tak před dvěma lety.“

Následoval vstup na trh Spojených států, kde se desktopový 3D tisk stal hodně populární. „My jsme je tam zaujali a prodeje šly hodně nahoru,“ pochvaluje si ředitel společnosti. Světový trh v oblasti hobby 3D tisku ale lační po novinkách a módních trendech: „Každý měsíc se snažíme uvést na trh nějaký nový produkt. Potřebu uvést novinku na všech trzích současně nám ale komplikuje logistika, která způsobuje časové zdržení. Proto připravujeme založení americké filiálky. Nebude to však jen o 3D tisku, ale i o našich dalších produktech, zvláště pro automobilový průmysl.“


Tisková struna je za výstupem z extrudéru vedena do chladicí lázně.

Od loňského roku se společnost jmenuje podle svého hlavního artiklu – Fillamentum Manufacturing Czech. Produkce tiskových filamentů dnes tvoří asi 50% podíl výroby. Firma se však nadále věnuje výrobě bovdenových výstelek a v této oblasti rovněž patří k leaderům. Kromě toho se rozvíjí výroba hadic z různých materiálů určených pro rozvod tlakového vzduchu v oblasti průmyslové automatizace. V současnosti vyvážejí do 62 zemí a k hlavním trhům kromě USA patří Německo, Velká Británie a Španělsko.

Inovace

Oblast produkce tiskových strun se rychle rychle vyvíjí a základním předpokladem úspěchu jsou proto inovace, samozřejmě spolu s kvalitou a spolehlivostí. Potřebě častých inovací je přizpůsoben tzv. plán releasů, který je sestavován na rok dopředu a na jehož základě je prakticky každé dva týdny sortiment tiskových materiálů doplněn nějakou novinkou. Jelikož v současnosti většina produkce směřuje na „hobby market“, důležitou roli zde hrají nové odstíny či trendové barvy.


Kontinuální měření tloušťky tiskové struny. Za pozornost stojí černý přípravek vytištěný na 3D tiskárně.

Průmyslový desktopový 3D tisk

Na trh jsou ovšem uváděny i zcela nové materiály. V současnosti roste význam průmyslového desktopového 3D tisku. Společnost na tento trend zareagovala uvedením nové produktové skupiny se značkou Fillamentum Industrial. „Dnes jsou na trhu k dispozici relativně levné 3D tiskárny, jejichž pořizovací náklady jsou srovnatelné například s cenou vrtačky,“ vysvětluje Josef Doleček. „Navíc 3D tisk zapadá do koncepce Průmyslu 4.0, protože umožňuje vyrobit součásti na místě a v krátké době, čímž lze například zefektivnit využití strojů. Díky 3D tiskárně je možné dosáhnout obrovských úspor tím, že se například zminimalizují odstávky.“

Jak říká Josef Doleček, průmysl si začal 3D tisk „osahávat“ teprve nedávno. Nicméně počet firem, které s 3D tiskem pracují a objevují jeho možnosti, roste. Na výrobě tiskových strun ve společnosti Fillamentum mají průmyslově využitelné materiály podíl aktuálně až kolem 17 %, ale ještě před rokem a půl to bylo jen zhruba jedno procento. „Jedná se o dva koncepčně zcela odlišné segmenty. V průmyslu je poptávka po technických a výkonnějších materiálech, které naopak hobby segment nepotřebuje. Průmyslové aplikace zase nevyžadují takové množství barevných odstínů.“


Výroba je zakončena navinutím struny na cívku. V pozadí je vidět buffer umožňující kontinuální výrobu struny i v okamžiku výměny cívky.

Možnosti aplikací v průmyslu

Velký potenciál má 3D tisk v oblasti údržby. Je možné například vytisknout dočasný náhradní díl. I kdyby se měl tisknout každý den, umožní to udržet linku v provozu do té doby, než dojde originální díl. Další oblastí je výroba různých přípravků. „My sami se snažíme náš provoz vylepšovat pomocí dílů vyrobených 3D tiskem.“
Velkou aplikační oblastí je také tisk těsnění. Jedním z výrobků společnosti Fillamentum je odolný flexibilní materiál s obchodním názvem Flexfill. Jedná se o termoplastický polyuretan (TPU), kterým lze na základě výkresové dokumentace vytisknout různá těsnění na míru, čímž odpadá nutnost držet skladové zásoby. Tento materiál využila mimo jiné společnost Škoda Auto, když při stavbě prototypu tiskla díly do motorového prostoru. Byla z něj vyrobena například zátka do nádrže ostřikovače, kterou lze po rozbalení použít jako trychtýř pro snadné dolévání kapaliny do nádrže. Jelikož tento materiál odolává olejům nebo řezným kapalinám, lze jej použít také pro tisk gripperů (uchopovačů) pro průmyslové roboty. „Na to máme úžasnou referenci z Continentalu,“
říká s hrdostí pan ředitel. „Zatímco originální pryžový díl vydržel při obsluze obráběcího centra asi týden, díl vytištěný z Flexfillu sedm měsíců! Úspora byla obrovská, už jen proto, že robot není nutné zastavovat kvůli výměně gripperu. Díl vytištěný za pár korun na 3D tiskárně tak přináší statisícové úspory. To je na 3D tisku to fantastické, že se dá použít prakticky všude a stále nacházíte nové a nové možnosti, jak jej využít. A přitom je to tak levný nástroj!"


Ještě nalepit štítek s označením výrobku – a je hotovo.

Vývoj nových materiálů

Při vývoji nových materiálů spolupracuje firma s několika univerzitami. Jednak je to Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, která je historicky zaměřena na oblast zpracování plastů, dále je to VUT v Brně a v neposlední řadě Slovenská technická univerzita v Bratislavě, která je hlavním vývojovým partnerem. Nejedná se však pouze o oblast 3D tisku, ale i o další projekty. Společnost Fillamentum má rovněž vlastní vývojové oddělení a jako člen Plastikářského klastru pro svůj vývoj využívá technické vybavení, jímž klastr disponuje. „U nás je to o nějakém rozumném teoretickém základu. Lidé, se kterými na vývoji materiálů spolupracujeme, se osvědčili v akademické sféře,“ vysvětluje Josef Doleček.

Všechny novinky v oblasti tiskových strun jsou před uvedením na trh důkladně otestovány na různých typech 3D tiskáren. Je totiž nutné odladit tiskové profily, protože každá tiskárna má svá specifika a je třeba mít jistotu, že fungují obecně.

Tiskové struny

Pro oblast průmyslového 3D tisku jsou obvykle požadovány materiály obdobné těm, které se v průmyslu používají, byť ve výrobcích vyrobených jinými technologiemi. Jde hlavně o polypropylen, polyoxymetylen nebo polyetylen. „Průmysl tím, jak objevuje 3D tisk, přichází s novými požadavky. Pokud zákazník přesně nadefinuje, co chce, snažíme se mu vyjít vstříc,“ uvádí Josef Doleček. „V současnosti – asi jako jediní na světě – uvádíme na trh tiskovou strunu z polyvinylchloridu (PVC), který přináší výbornou kombinaci technických vlastností a příznivé ceny.“ Tento nový tiskový materiál je dodáván na trh pod obchodním názvem Vinyl 303.

U hobby materiálů jde obvykle více o vizuální efekt než o mechanické vlastnosti. Asi z 80 % se zpracovává PLA, biopolymer vyrobený z kukuřičného škrobu. Jedná se o jednoduše zpracovatelný materiál, který je dodáván v řadě barevných odstínů. Pro techničtější výtisky je určen ABS a jedničkou v neprofesionálním segmentu je ASA, materiál odolný proti UV záření, vhodný pro venkovní použití.


Tiskové struny připravené k expedici

Standardně se tiskové struny vyrábějí v průměrech 1,75 a 2,85 mm. „Dále vyrábíme struny pro robotický 3D tisk, kde vidíme v budoucnu zajímavý potenciál. Zde experimentujeme s různými průměry, abychom našli nějaké optimum. Kromě filamentů pro 3D tisk vyrábíme také „svařovací dráty“ pro svařování plastů, kde jde opět o více průměrů.“

Výroba

Na závěr mé návštěvy jsme se zašli podívat do výroby. V hale je vedle sebe umístěno několik extruzních linek, na nichž se kromě tiskových strun vyrábějí i zmíněné bovdenové výstelky a další výrobky. K vybavení patří také molekulární sušička pro sušení materiálu, měřicí zařízení pro kontrolu výroby aj. Samotný princip výroby tiskových strun je v podstatě jednoduchý. Do extrudéru vstupuje vysušený granulovaný materiál s příměsemi, roztaví se a vytlačuje ven přes štěrbinu, která již odpovídá finálnímu tvaru tiskové struny. Ta se potom stejně jako jakýkoliv jiný extrudovaný výrobek chladí ve vodní lázni. Nakonec následuje navinutí na cívku a balení. „A to je vlastně všechno. Ďábel se skrývá v detailu,“ směje se Josef Doleček.


Nové materiály jsou testovány na několika různých typech 3D tiskáren.

Jak se sám přesvědčuji, na detaily se tu dbá. Linky jsou osazeny senzory, které snímají procesní parametry nebo průběžně kontrolují rozměry výrobků. Data jsou on-line vyhodnocována a výsledky jsou průběžně zobrazovány na velkých obrazovkách nad každou extruzní linkou. Všímám si hodnot průměru právě vyráběného filamentu – rozměr struny se pohybuje těsně kolem nominální hodnoty ve středu tolerančního pole. Můj průvodce mluví o probíhajícím projektu digitalizace a o tom, že se jedná o dlouhodobý proces, jehož smyslem je zajištění kvality, sledování a optimalizace procesních parametrů a v neposlední řadě jde i o to zbavit se papírování.
Josef Doleček mě přímo na lince upozorňuje na díly vyrobené technologií 3D tisku: „Máme tu desítky aplikací. Jelikož si tyto díly vyrábíme sami, nepotřebujeme je zadávat nikam do kovovýroby. To nám samozřejmě šetří provozní náklady.“

Na závěr návštěvy si ještě v zasedačce prohlížím některé součásti vyrobené 3D tiskem. Převažují různé „hračičky“, ale nacházím mezi nimi i několik zajímavých technických dílů. „Nojo, ale tyhle věci nám lidi na Instagramu nelajkují,“ zchlazuje můj obdiv k nim pan ředitel. „Takže tam musíme dávat fotky modelů postavených spíše na efekt,“ poodhaluje mi specifika marketingu v oblasti 3D tisku. Co naplat, poctivý pracant se populární hvězdou stane jen málokdy...


Pavel Marek, Hulín

pavel.marek@mmspektrum.com

https://fillamentum.com/
 

Další články

3D technologie
Technologie zpracování pryže/ plastů

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky














Sledujte nás na sociálních sítích: