Vyvráťme niekoľko mýtov o 3D tlači

Mýty, nejasné očakávania a dávno stratené dojmy sprevádzali snáď každú významnú technológiu v ére jej rozšírenia. Nie je to inak ani v prípade aditívnej výroby. Pozrime sa na štyri časté mýty – a na to, ako 3D tlač skutočne obstojí.

 

"Diely z 3D tlačiarne nič nevydržia"

S týmto tvrdením sa môžete stretnúť prekvapivo často, napriek realite v tomto odvetví a výrobe. Čiastočne za to môže všeobecná mediálna bublina, pre ktorú bola 3D tlač doteraz synonymom len pre hobby stavebnice s možnosťou tlače niekoľkých základných materiálov. Dnešné možnosti sú však úplne iné. Zostaňme len pri „plastoch“: aj na kvalitných a čoraz dostupnejších stolových 3D tlačiarňach nie je problém tlačiť napríklad z plastových kompozitov. Obľúbené sú tie s výplňou z uhlíkových alebo sklenených vlákien.

 

Pred rokmi priniesla 3D tlač kompozitov s kontinuálnym vystužením úplne nové možnosti z hľadiska mechanických vlastností dielov. Je k dispozícii vo forme stolových a priemyselných tlačiarní. Uhlíkové, kevlarové alebo sklenené vlákna sa počas procesu tlače automaticky vkladajú do medzivrstiev – v rozsahu, ktorý vopred určí konštruktér s ohľadom na požadované vlastnosti tlače. Pevnosť a húževnatosť takýchto dielov môže byť viac než príjemne prekvapujúca a v mnohých aplikáciách sú vynikajúcou náhradou kovových obrobkov. Dnes sa bežne používajú v priemyselnej výrobe ako nástroje alebo náhradné diely, ale aj ako konečné, plne funkčné komponenty.

 

Najodolnejšie termoplasty, niekedy označované ako ultrapolyméry, si tiež zaslúžia špeciálnu 3D tlačiareň. Čím náročnejšie sú materiály ako PEEK, PEKK, ULTEM/PEI, PVDF, PA Carbon a ďalšie na podmienky spracovania, tým odolnejšie súčiastky z nich môžeme vyrobiť. Výtlačky sa potom používajú v automobiloch, lietadlách a iných dopravných prostriedkoch, v komunikačných satelitoch a IT, v strojárstve a v lekárskom a potravinárskom priemysle. Môžu ponúknuť zaujímavé kombinácie vlastností: prevádzkové teploty výtlačkov od približne -100 °C do 250 °C, nehorľavosť, nedymivosť, nevodivosť (ESD), chemickú odolnosť, bezpečnosť pri styku s potravinami atď. Kuriózne „3D tlač je dobrá len na hračky a prototypy“ je obyčajná nevedomosť.

"3D tlač je strašne pomalá"

Tlač jedného dielu trvá hodiny, pri zložitejších dieloch aj desiatky hodín. V závislosti od materiálu a technológie, počtu dielov, ktoré sa majú tlačiť súčasne atď., sa 3D tlač stále ukazuje ako významná úspora času, najmä pri prototypovej, kusovej a malosériovej výrobe, kde sa neoplatí pripravovať drahú formu na vstrekovanie, programovať obrábacie centrum atď.

 

Ako to? Jedným z dôvodov je okamžitá dostupnosť tlače. Nemusíte zdĺhavo pripravovať výkresy – tlačíte priamo z 3D modelu, pokojne cez noc pred dverami konštrukčnej kancelárie, nepretržite v tlačiarenskej farme alebo dokonca v kapote na konci montážnej haly, ako to robia v niektorých automobilových závodoch, kde už roky pripravujú napríklad nástroje a náradie na prevádzku a údržbu. Profesionálne 3D tlačiarne určite nevyžadujú nepretržitý dohľad a ponúkajú dostatočnú spoľahlivosť, presnosť a opakovateľnosť výroby. Sú neustále pripravené na zmeny vo výrobe, postupné vylepšovanie tlačených dielov podľa potrieb prevádzky.

 

Mnohým tímom sa podarilo pomocou 3D tlače skrátiť dodacie lehoty nástrojov, prípravkov, náhradných dielov atď. na zlomok pôvodného času. Nemusia sa zaoberať externými požiadavkami, ich hodnotením a kontrolou – tlačia si sami a v kvalite, ktorú potrebujú. Môžete sa o tom presvedčiť na desiatkach prípadových štúdií od svetoznámych značiek (VW, Heineken, Ford atď.) a priamo od slovenských a českých firiem všetkých veľkostí na stránke prípadové štúdia.

 

Mimochodom, výrazné úspory sa dajú dosiahnuť aj pri takých náročných aplikáciách, ako sú zostavy raketových motorov. 3D tlač okrem iného umožňuje zlúčiť množstvo pôvodných montážnych dielov do jedného tvarovo zložitého kovového výtlačku. Namiesto zadávania viacerých dielov rôznym špecializovaným výrobcom a následnej kontroly kvality (navyše pre každého z nich) stačí na vyriešenie problému jeden diel.

"Výtlačky sú strašne drahé"

V jeden deň si môžete vypočuť diametrálne odlišné reakcie na cenu zákazkovej 3D tlače: „Ale je to drahšie, ako som čakal,“ zúfa si spotrebiteľ, ktorý chcel 3D tlačou nahradiť pokazený diel, ktorý predtým čínske vstrekovacie lisy vyrábali v miliónových sériách za pár desiatok. Je pravda, že skenovanie predlohy, úprava modelu a 3D tlač z odolného materiálu budú určite drahšie. – „Čože, plne funkčný náhradný diel, ktorý nás zachráni pred niekoľkomiliónovou odstávkou linky, bude k dispozícii zajtra a takto lacno? To si rovno môžete kúpiť 3D tlačiareň, pretože sa vám to v okamihu začne vyplácať,“ znie odpoveď z opačného pólu, ktorá však nie je výnimočná.

 

3D tlač môže byť veľmi výnosným výrobným nástrojom, najmä tam, kde sa tradičné veľkoobjemové technológie nevyplácajú. Pri vývoji prototypov, kusovej a malosériovej výrobe na mieru, realizácii tvarovo zložitých (a inak ani nevyrobiteľných) dielov, v neustále sa meniacej výrobe, kde je potrebné reagovať zo dňa na deň, a podobne. V českom a slovenskom priemysle bolo mnohokrát overené, že investície do vhodnej technológie 3D tlače sa môžu firmám vrátiť prekvapivo rýchlo, často v priebehu niekoľkých týždňov alebo mesiacov, v závislosti od aplikácie a typu zariadenia.

 

„3D tlač sa rozhodne oplatí. Z hľadiska nákladov na samotný vytlačený diel, ako aj z hľadiska úspory strojových hodín. V prípade poruchy výrobnej linky sme schopní vyrobiť náhradné diely, takže prestoje sú oveľa kratšie a náklady nižšie,“ pripomenul Martin Stričko z farmaceutickej spoločnosti Zentiva v nedávnom prieskume o využívaní 3D tlače medzi stredoeurópskymi spoločnosťami. (Celý prieskum je bezplatne k dispozícii na stránke)

"Dom s 3D tlačiarňou za 24 hodín"

Podobný titulok ste v posledných rokoch pravdepodobne videli viackrát. Ak by to však bola pravda, bol by to splnený sen. Dom nie sú len zvislé nosné konštrukcie, ale aj obrovské množstvo ďalších konštrukcií a stavebných prvkov vrátane základov, izolácie, vodorovných konštrukcií, strešnej krytiny, okien, dverí a iných výplní otvorov, sietí a vnútorných inštalácií, krytín a povrchových úprav, nábytku a mnohých ďalších. Aj ich inštalácia si vyžaduje veľa času a úsilia. Hoci teda nadrozmerná stavebná „3D tlačiareň“ už dokáže v pilotných projektoch položiť hrubé obvodové steny a priečky vo vrstvách zo zmesi, zďaleka to nie je všetko, čo tvorí dom (alebo aspoň hrubú stavbu).

 

 

Ak však odhliadneme od umelo nafúknutých senzácií, 3D tlač v stavebníctve má veľmi zaujímavú budúcnosť. Podobne ako v iných odvetviach, aj v stavebníctve prináša nové možnosti (napríklad pre zložité tvary). Aj v Českej republike sa výskumu v tejto oblasti, vrátane potrebných stavebných materiálov, intenzívne venuje viacero odborníkov, o ktorých práci ešte určite budeme počuť.

Na aditívnu výrobu najnáročnejších – a zároveň najodolnejších – termoplastov je už potrebná zodpovedajúca 3D tlačiareň. Spoločnosti sú však schopné získať späť svoje investície prekvapivo rýchlo tým, že vyrábajú vysoko odolné diely rýchlo a spoľahlivo priamo v podniku, kedykoľvek sú potrebné. [foto: MiniFactory]

Technológie 3D tlače sú čoraz dostupnejšie. Príkladom je laserové spekanie nylonových práškov (SLS). Kvalitná výrobná tlačiareň už nie je nedostupná pre menšie tímy alebo spoločnosti. Na obrázku sú výtlačky vyrobené z nylonu 12 GF s výplňou zo sklených vlákien [foto: Formlabs]

 

Stolové 3D tlačiarne na termoplasty sa vďaka svojej všestrannosti a spoľahlivosti čoraz častejšie nachádzajú priamo vo výrobných zariadeniach. [foto: Ultimaker, Schubert]

Buďme realisti, budeme príjemne prekvapení

Vývoj moderných 3D technológií je neustálym hľadaním efektívnejších prístupov, cenovo dostupnejších výrobných metód pre čo najširší okruh záujemcov a úplne nových spôsobov využitia čerstvo vyvinutých materiálov. Ak budeme o 3D tlačiarňach uvažovať ako o užitočných nástrojoch, ktoré rozširujú možnosti výroby, a nie ako o zázraku, môžeme lepšie využívať ich výhody v každodennom živote a v rôznych odvetviach. Oblasť 3D technológií sa v nasledujúcich rokoch určite oplatí sledovať. Vedecké poznatky tu veľmi rýchlo prenikajú do praxe.

 

Tomáš Vít, Managing Consultant, Admasys International

 

Prípadové štúdie, rady a tipy