S 3D tiskárnami se nyní roztrhl pytel. Můžete si je pořídit už za pár desítek tisíc. Mezi 3D tiskárnami jsou však velké rozdíly týkající se velikosti a kvality dílů, které lze na nich vyrobit. Dále mechanických vlastností, tepelné odolnosti, pevnosti... Malé a jednoduché tiskárny mají obrovský význam – jsou cenově dostupné, čímž se k nim dostanou i studenti na školách a získají tak možnost prakticky si vyzkoušet tvorbu 3D dat a následně jejich realizaci. Vytvořit správně 3D data = objemový model je mnohem složitější než vytvořit 3D model tvořený pouze plochami. Zvenku se oba tváří stejně, ale plochy mají nulovou tloušťku, proto z nich na 3D tiskárně nejde nic vyrobit. Malé levné tiskárny většinou využívají princip natavování plastového vlákna. Je to nejjednodušší způsob 3D tisku. Tato technologie má však některá omezení. Jednak je to velikost stavební platformy. Dále pak nutnost stavět podpory. Pokud je úhel stěny dílu větší než 45°, musí se stavět podpory – je proto nutné velmi pečlivě vybírat polohu, v jaké se bude díl stavět, aby spotřeba materiálu pro podpory byla co nejnižší. Díly mají v ose „Z“ mnohem nižší pevnost než v osách „X“ a „Y“. Je to dáno technologií natavování vlákna. Spoj vrstev má pouze 40% pevnost oproti osám „X“ a „Y“. Kvalita povrchu odpovídá technologii nanášení vrstev, která je většinou 0,2 mm – tím je dána „hrubost“ vrstev. I přes jistá omezení je to skvělá průprava pro budoucí konstruktéry, designéry, projektanty ve všech oborech. V průmyslové praxi se potom setkáváme s profesionálními 3D tiskárnami, jejichž cena se pohybuje v řádu milionů. Tomu potom samozřejmě odpovídá i kvalita vyrobených dílů. Kupodivu cena na nich vyrobených dílů je mnohem příznivější. Laser Sintering je technologie 3D tisku, která používá jako základní materiál prášek. Ten je nanášen na stavební platformu po vrstvách 0,1 mm a každá vrstva je vytavena laserovým paprskem. JAK TO FUNGUJE? Na rozdíl od klasického obrábění materiál neubíráme, ale přidáváme. Základem pro SLS technologii jsou 3D data – objemový model nakreslený ve 3D programu (SolidWorks, Catia…) na počítači. Tento 3D model je ve speciálním softwaru Magics nejprve ustaven do polohy, ve které se bude stavět, a poté je softwarově „rozřezán“ na vrstvy. Obvykle 0,1 mm. Dané řezy = 2D výkresy jsou řídicím programem pro laser (SLS), který je zaostřen na rovinu stavební plochy. Práškový materiál se nanese na stavební platformu a daná vrstva je laserem natavena – jsou vytaveny vnější a vnitřní obrysy daného řezu a prostor mezi nimi je „vyšrafován“ laserovým paprskem – dojde tak k roztavení materiálu vnitřní a vnější stěnou dílu. Poté klesne platforma o 0,1 mm dolů a je nanesena další vrstva prášku. Opět jsou vytaveny tvary daného řezu. Tento postup se opakuje až do úplného postavení dílu = postupně tak díl „roste“. Prášek se nanáší na celou plochu platformy a nevytavený prášek zůstává ve stavebním boxu. Slouží coby podpůrný materiál, který drží díl v požadované poloze – nepotřebujete tedy stavět podpory. Výhodou oproti všem ostatním technologiím 3D tisku je, že díly lze nad sebe vrstvit a využít tak dokonale objem stavebního boxu. V praxi to znamená, že čím máte více dílů, tím jsou levnější. Díky technologii SLS je k dispozici funkční plastový díl, a to v řádu hodin! A bez forem! Pouze ze 3D dat!
UŠETŘÍTE: 1. čas – díly jsou vyrobeny v řádu hodin 2. marketing – nový výrobek můžete s předstihem ukázat zákazníkům a ověřit si jaký má ohlas 3. opravy forem – pokud vše nesouhlasí, nebo je potřeba změnit některý detail, nemusíte předělávat formy 4. reklamace – výrobek lze testovat dlouho před tím, než jde do sériové výroby a vše je perfektně vyladěno 5. modifi kace – několik modifi kací vyrobených na SLS stroji dává možnost vybrat tu nejlepší variantu 6. peníze – investice několika tisíc do prototypu může ušetřit statisíce při chybě v konstrukci nebo marketingu VÝVOJ V případě konstrukce nových dílů nebo výrobků se člověk střetává s problematikou funkčnosti výrobku, jeho vzhledu (designu) a samozřejmě ceny. Konstruktér může mít přímo geniální řešení daného problému, netradiční design, ale naráží na problémy – jak to bude vypadat v reálu? Bude vše na sebe opravdu navazovat? Půjde to skutečně složit? Nebo: bude to vůbec fungovat? Technologie SLS umožňuje stavbu plně funkčních plastových prototypů nebo speciálních dílů. Důvodů, proč vytvářet modely a prototypy vašich budoucích výrobků, je mnoho. Konstrukční vady a nedostatky často vyniknou až po vzniku výrobku. Začít výrobek znovu konstruovat a opravovat, např. formy na plasty, je pro vás v tomto bodě již velmi neekonomické. Opravy forem stojí desítky tisíc korun (nebo víc), a navíc ztrácíte zisk z pozdějšího uvedení výrobků na trh. Použitím technologie SLS rychle a levně přeměníte vaše nápady na realitu a konstruktéři včas zachytí své chyby bez zmiňovaného rizika. Navíc můžete svůj produkt testovat a modifikovat ještě před zavedením sériové výroby.
LIMITY MATERIÁLU VÁS NEZBRZDÍ Při vývoji a konstrukci nových automobilů se technologií SLS vyrábějí všechny plastové díly. Designéři tak dlouho před tím, než se nový automobil představí veřejnosti, mohou testovat, upravovat tvary a provádět všechny potřebné zkoušky k ověření funkčních vlastností navržených dílů. Pro tyto díly se většinou používá Polyamid 12 (PA 2200) nebo Polyamid 12 plněný sklem (PA 3200GF). Aerodynamické kryty sacího potrubí u vozů Formule 1 se také vyrábějí technologií SLS. Jde o kusovou výrobu a každý kryt může mít jiné tvary. Technologií SLS byla dokonce vyrobena funkční pistole. Pro výrobu tvarově složitých odlitků byl vyvinut speciální tvrdý polystyren – PRIMECAST, ze kterého se postaví „vypalitelný“ model. V řádu hodin je tak k dispozici model pro zaformování včetně vtokové soustavy. Modely lze postavit s různým procentem smrštění. Výhoda technologie SLS spočívá v možnosti vyplnit stavební box a tak je možné stavět dohromady několik dílů s různými tvary. Maximální velikost stavěného modelu není limitována. Najednou je možné postavit díl do velikosti rozměrů 330 × 330 × 600 mm. V případě, že je díl větší (přístrojová deska, nárazník, klimatizace atd.), model v počítači je rozřezán na díly jako prostorové puzzle, po částech postaven a poté opět složen.
JAKÉ JSOU MATERIÁLY PRO VÝROBU DÍLŮ: » PA 2200 – Polyamid PA12, modul pružnosti v tahu 1700 MPa » PA 3200GF – Polyamid PA12 + 30 % skla, modul pružnosti v tahu 3200 MPa » Alumide – Polyamid PA12 + 50 % hliníku, modul pružnosti v tahu 3800 MPa » Primecast – speciální tvrdý polystyren pro „vypalitelné“ modely » Somos-Guma – vhodné pro stavbu měkkých částí (hadice, těsnění, tvarové masky) VÝHODY SLS DÍLU: » vysoká pevnost, srovnatelná s pevností sériových materiálů – zaručují 99 % mechanických hodnot pevnosti, pružnosti, tepelné odolnosti materiálů používaných v sériové výrobě » vyrobený díl lze přímo použít pro zkoušky, při kterých je třeba ověřit pevnost a funkčnost dílu v praxi » velmi vhodné pro ověřovací série a pro výrobu speciálních tvarově složitých dílů, u kterých by byla výroba formy neekonomická » tepelná odolnost – bod měknutí 165° » sériovost již od 1 kusu – konečné množství není limitováno » nejkratší čas zhotovení – výrobní čas se počítá na hodiny » velmi nízké realizační náklady – nepotřebujete formu – díly jsou vyráběny přímo ze 3D dat; možnost stavět najednou několik dílů s různými tvary » hmotnost jednotlivého dílu: od 0,1 gramu rozměry dílu nejsou limitovány Součástí technologie RAPIDPROTOTYPING je také lití plastů ve vakuu. Tato technologie se používá pro výrobu ověřovací série, nebo tam, kde je potřeba díl zhotovit z jiného materiálu než jsou díly z 3D tisku. Můžete tak vyrobit gumová těsnění všech tvarů, na těsnicí klapky nalít silikonové těsnicí hrany, vyrobit transparentní díly, jako jsou třeba kryty světel automobilů.
JAK TO FUNGUJE? Nejprve se vyrobí prototyp = 3D model. Ten se následně zaformuje do speciálního silikonu. To vše probíhá ve vakuové komoře. Následně se 3D model z formy „vyřeže“. Tím vznikne negativní forma, do které se odlévají sériové (prototypové) kusy v požadované barvě nebo transparentnosti. Materiálů je obrovská škála a lze tak uspokojit požadavky i těch nejnáročnějších zákazníků. Odlévání opět probíhá ve vakuu. Máte tak k dispozici díly, které jsou k nerozeznání od dílů vyráběných do vstřikovacích forem. Z materiálů, jež jsou svými vlastnostmi totožné, jako jsou vstřikolisové materiály. Pro tuto technologii lze použít coby model vlastně cokoliv. Dají se tak vyrobit třeba „skla“ na světlomety, koncová světla, blinkry pro veterány. V případě vašeho zájmu o výrobu SLS a litých dílů nás neváhejte kontaktovat. Cenové nabídky na výrobu jsou zdarma.
Karel Hacker, ředitel Hacker Model Production a. s. www.rapidprototyping.cz