Nové technológie posúvajú hranice 3D tlače

vo firmácha výskumných inštitúciách

Vývoj v oblasti 3D tlače sa nezastavuje, technológia je čoraz dostupnejšia, používateľsky prívetivejšia, prístup k 3D tlačiarňam sa dá ľahšie rozšíriť v rámci celého podniku, a čo viac – aj metódy, ktoré boli predtým veľmi drahé, sú zrazu na dosah aj menším spoločnostiam a tímom. Často im prinášajú úplne nové možnosti a šancu vyniknúť.

 

Poďme sa spoločne pozrieť na niekoľko konkrétnych príkladov technológií, ktoré tento rok posúvajú hranice v Českej republike.

 

V našich zemepisných šírkach je stále zvykom jasať, keď do firmy príde prvá 3D tlačiareň (zhora, ako bojová úloha, alebo zdola, od nadšených inovátorov typu “urob si sám”). Často je to dokonca hobby súprava nepripravená na výrobné prostredie, izolovaná na jednom pracovisku. Iné tímy pristupujú k zavádzaniu nových technológií inteligentnejšie – začínajú s konkrétnou potrebou. Namiesto otázok o parametroch a cene stroja kladú predajcom a realizátorom logickejšie otázky: Čo prinesie aditívna výroba? Kedy sa nám investície do 3D tlače vrátia a technológia začne prinášať zisk? A čo spoľahlivosť a bezpečnosť v podnikovom prostredí? Ako posunieme vývoj a výrobu pomocou 3D tlače? Získame viac zákaziek, získame náskok pred konkurenciou?

 

Existuje aj menšia, ale rastúca skupina organizácií, ktoré už získali skúsenosti a povedomie. Už dlho používajú 3D tlačiarne, aby zvýšili kapacitu aditívnej výroby, pridávajú ďalšie technológie pre nové materiály a procesy a dokážu veľmi premyslene využívať ich výhody. Všetky tri tábory však majú spoločnú východiskovú líniu, aspoň pokiaľ ide o technológie, ktoré sú na trhu nové.

Laserové naváranie kovov? Vystačíte si s obyčajným kovovým drôtom

Tam, kde dlho kraľovali sintrovacie stroje za desiatky miliónov korún, sú teraz na vzostupe alternatívne, cenovo dostupnejšie metódy 3D tlače z kovov – od ocele po titán alebo inconel. Myšlienka pripojiť zváračku na koniec pohybového mechanizmu a zvárať húsenicu kovového materiálu vo vrstvách, ako to robia stolové 3D tlačiarne s termoplastmi, nie je nová. Ale čo keby existovala tlačová hlava, ktorá by dokázala ukladať kovy pri zachovaní vynikajúcich mechanických vlastností priamo z drôtu a/alebo kovového prášku – a pritom by bola presnejšia, dala by sa umiestniť nielen do tlačiarne, ale aj do existujúceho CNC stroja, aby sa spojilo zváranie a obrábanie v jednom procese? Čo keby sa dalo namontovať aj na koniec robotického ramena, ktoré by nemuselo byť obmedzené veľkosťou pracovnej komory?

 

Takáto možnosť sa objavuje aj na českom aj slovenskom trhu. Technológia laserového navarovania Meltio – vyvinutá so strategickou podporou oceliarskeho gigantu ArcelorMittal – je obsiahnutá v kompaktnej tlačovej hlave so šiestimi lasermi s celkovým výkonom 1,2 kW. Dokáže spracovávať kovové suroviny vo forme drôtu (alebo dvoch), prášku alebo oboch zdrojov súčasne. Metóda WP-LMD (Wire-Powder Laser Metal Deposition) umožňuje tlač dielov s vynikajúcou mikroštruktúrou a 99,998 % hustotou podľa špecifikácie výrobcu. Výtlačky podľa testov prekonávajú svojimi vlastnosťami dokonca aj odliatky a výkovky. Ak napríklad výskumný tím potrebuje vyrobiť zliatinu na mieru, kombinuje kovové prášky za chodu.

Produkčná tlač odolných práškových nylonových dielov je dostupnejšia

Ďalšia metóda laserovej 3D tlače, SLS (selektívne laserové spekanie), tiež postupne nachádza rovnováhu medzi cenovou dostupnosťou (najlacnejšie stroje) a spoľahlivosťou výroby (predtým veľmi drahé priemyselné riešenia). Po niekoľkých rokoch vývoja a testovania, o dva roky dlhšie, ako sa pôvodne predpokladalo, sa zdá, že pomyselný klinec po hlavičke by mohla konečne udrieť spoločnosť Formlabs. Spoločnosť sa už preslávila v oblasti stolovej stereolitografie (SLA, laserové vytvrdzovanie živicou) podobne zameraným riešením – kombináciou spoľahlivosti, dostupnosti, kvality tlače a používateľskej prívetivosti. Funkčné prototypy a nylonové koncové diely sú však inou disciplínou.

 

3D tlačiareň Fuse 1 zaujme už svojím pripojením k stanici Fuse Sift na čistenie tlače a recykláciu prášku. Plne funkčné diely sa tak dajú vytlačiť len s 30 % nového prášku v nekonečnom počte cyklov – 70 % sa teda vytlačí z recyklovaného prášku z predchádzajúcich výtlačkov. Vďaka dvom tlačovým komorám môžu byť tlačové operácie prakticky nepretržité. Zatiaľ čo jedna komora sa odoberie na vyčistenie modelu a recykláciu prášku, druhá komora medzitým pokračuje v tlači. Je to tiež vysoko škálovateľné riešenie – jedna čistiaca stanica môže pohodlne obsluhovať niekoľko 3D tlačiarní. Ak tím potrebuje tlačiť viac, môže si pohodlne kúpiť len samotnú 3D tlačiareň.

Neskrývajte 3D tlačiarne tam, kde môžete podporiť zrod dobrých nápadov

Zastavme sa však pri otázke z iného súdka, ktorá dokáže zdvihnúť zo stoličky nielen inžinierov a operátorov, ale aj výrobných riaditeľov. Ak sa do organizácie pridá kvalitná 3D tlačiareň, čoskoro sa začne boj o kapacitu. Keď ich pribudne viac, vznikne problém s organizáciou prístupu. Nehovoriac o stave, ktorý je taký bežný aj v najznámejších českých a slovenských firmách – že 3D tlačiarne sú roztrúsené po rôznych halách a v jednej ani nevedia, čo dokážu tie ich kolegov. Bolo zdokumentované, že riadenie kapacity viacerých tlačiarní (umiestnených na rôznych miestach), tlačových frontov (vrátane možnosti stanovenia priorít úloh), prístupu používateľov (nielen v technických minitímoch, ale v celej spoločnosti) vedie k efektívnemu využívaniu kapacity aditívnej výroby a rozhodovaniu o nákupe ďalších strojov. A dokonca aj na neočakávané inovácie, ak tlačiarne nemajú pre seba len okruh najoddanejších.

 

Mnohé spoločnosti sa pustili do vývoja takýchto systémov na správu 3D tlače na vlastnej osi a v spojení so svojimi obľúbenými podnikovými systémami. Je to však dlhá a nákladná cesta. Teraz sa k tomu pridávajú aj samotní výrobcovia.

 

Napríklad holandský Ultimaker, ktorého 3D tlačiarne patria medzi etalóny stolovej dvojmateriálovej 3D tlače z termoplastov (FFF) a nájdete ich aj v českých a slovenských automobilkách alebo popredných strojárskych firmách. Okrem bezplatnej aplikácie Cura (najpoužívanejšia aplikácia na prípravu 3D tlače na svete) ponúka výrobca aj voliteľné softvérové riešenia priamo pre podniky. Môže sa postarať o bezpečné riadenie tímu, ponúka digitálnu knižnicu dielov už pripravených na tlač, zjednodušuje riadenie prevádzky 3D tlače a školenia podľa úloh v tíme atď.

 

Aký je praktický vplyv? Jeden za všetkých: Známy výrobca baliacich liniek, renomovaná automobilová spoločnosť, ako aj svetoznámy pivovar najprv pripravujú a testujú diely a nástroje vo svojej centrále na podporu výroby vrátane presných nastavení materiálov a vlastností tlače. Potom ich jednoducho ponúknu – prostredníctvom digitálnej knižnice – svojmu závodu alebo zákazníkovi. Okamžite, aj na druhom konci sveta, ich môže operátor ľahko vytlačiť na mieste – na mieru a len v okamihu potreby. Odpadá zložitá logistika a nákladné skladovanie a diely sa môžu neustále zlepšovať a prispôsobovať aktuálnym potrebám.

Zavedenie a/alebo rozšírenie 3D tlače nebolo nikdy jednoduchšie

O 3D tlači koluje veľa mýtov, očakávania sa dostávajú do roviny čistej vedeckej fantastiky. Ak sa však zástupcovia českých a slovenských organizácií z oblasti výskumu, vývoja a výroby pozrú na rozširujúce sa možnosti aditívnych výrobných technológií reálne a s potrebným nadhľadom, pravdepodobne s prekvapením zistia, koľko nových možností, ktoré im uľahčia a zlacnia prácu, majú k dispozícii. A stále pribúdajú ďalšie. Vďaka dodávateľom, ktorí sledujú tieto trendy a dokážu ponúknuť riešenia šité na mieru – t. j. nechcú len vnucovať tú či onú 3D tlačiareň, ale skutočne nájsť optimálne riešenie pre daný projekt – sa v ponuke môžete zorientovať aj dnes.

 

A ak sa budete pýtať správne (tipy nájdete vyššie), je veľká šanca, že vďaka 3D tlači získate vynikajúci výrobný nástroj, ktorý sa vám prekvapivo rýchlo vráti.

 

Testované a overené v Českej republike aj na Slovensku: vyberte si rozumne a výsledky ľahko prekonajú vaše očakávania.

Tomáš Vít

Tento článok bol napísaný pre bulletin č. 5/2021 Národního centra Průmyslu 4.0

Nová technológia laserového zvárania Meltio dokáže spracovať kov z drôtu a prášku – nezávisle od seba alebo dokonca súčasne. Vysoký celkový výkon lasera 1,2 kW zaručuje rýchle spracovanie a vysokú kvalitu výtlačkov. Väčšina 3D tlačových úloh využíva spracovanie kovového drôtu – najbezpečnejšej, najčistejšej a najjednoduchšie spracovateľnej kovovej suroviny5/2021 Národního centra Průmyslu 4.0

Možnosť umiestniť hlavu na laserové zváranie kovov (okrem iného) na robotické rameno dáva konštruktérom voľnosť pri 3D tlači veľkých a zložitých dielov.

Pre tímy, ktoré potrebujú vyrábať odolné nylonové súčiastky, ale nechcú investovať milióny dolárov, je tlačiareň Fuse 1 SLS dodávaná so stanicou Fuse Sift na čistenie výtlačkov a obnovu prášku. Umožňuje opätovne použiť až 70 % nepoužitého materiálu a tlačiť takmer nepretržite

Nylon 11 vytlačený na Fuse 1 je odolný, pevný a pružný materiál pre funkčné diely, pri ktorých je kľúčová odolnosť. Používa sa na výrobu prototypov odolných voči nárazom, prípravkov, tenkostenných puzdier, svoriek alebo dokonca protéz.

Vysokokvalitné stolové 3D tlačiarne sa čoraz viac uplatňujú priamo vo firemnom prostredí. Ak má byť ich prevádzka bezpečná a ich kapacita má byť efektívne využívaná a dostupná v rámci celej spoločnosti, veľmi sa hodí bezpečný softvér, ktorý podporuje tímovú spoluprácu prostredníctvom 3D tlače. Spoločnosť Ultimaker ponúka takéto riešenie pre podniky, pričom základná verzia Ultimaker Essentials je teraz zadarmo súčasťou každej 3D tlačiarne.

Dostupnosť 3D tlačiarní v celej spoločnosti prináša (niekedy dosť prekvapivé) inovácie vo výrobe. Podnikový softvér, napríklad Ultimaker Professional, uľahčuje zdieľanie tlačiarní, správu prístupu používateľov, organizáciu tlačového frontu a školení, prináša digitálnu knižnicu dielov