3D tisk kovových materiálů

Moderní produkce kovových součástí si již nevystačí pouze s konvenčními technologiemi, ke kterým řadíme obrábění, tváření a odlévání. Stále častěji slýchaným a rozšířeným výrobním postupem je 3D tisk kovů, jenž přináší nové možnosti návrhu, výroby a vývoje kovových součástí.

3D tisk se řadí k technologii Rapid Prototyping, která je typická úsporou výrobního času prototypových modelů a součástek, a to díky přímé generaci fyzického objektu z CAD databáze. S těmito daty následně pracuje již samotná 3D tiskárna. Výsledkem může být prototypový díl, který přímo zhmotňuje možnou podobu sériového dílu, či tvarově velmi složitá součást, jinými technologiemi stěží vyrobitelná. Nesmíme také opomenout možnost navařování, kterým lze zlepšit mechanické vlastnosti určité části vyrobeného dílu, a tak zlepšit jeho životnost či opravit opotřebovaný díl a vrátit ho do provozu v minimálních časových ztrátách.

Princip metod 3D tisku

Samotný 3D tisk může být řešen různými metodami, jejichž princip však vychází z totožného základu. Vždy se jedná o aditivní technologii, tedy materiál je postupně přidáván ve vrstvách o konstantní tloušťce a přetaven pomocí tepelného zdroje. Značné množství metod 3D tisku se liší zejména ve stylu podávaní přídavného materiálu a jeho spojení se zhotovovanou součástí. Metody 3D tisku kovu lze rozdělit do dvou hlavních skupin: Powder bed fusion (PBF) a Directed energy deposition (DED).

PBF - tavení práškového lože

Tato technologie využívá k tvorbě součásti přídavný materiál ve formě prášku, který je ze zásobníku nanesen v tenké konstantní vrstvě na základní nosnou platformu. Následuje spojení jednotlivých zrnek prášku pomocí tepelného zdroje v selektivních bodech tvořících jednu vrstvu vznikající součásti. Po kompletním sjednocení prachových částic dojde k poklesu nosné platformy o tloušťku vrstvy a celý proces se opakuje až do vzniku navržené součásti. Zbývající prášek v neovlivněné zóně slouží v průběhu tisku jako podpora a po dokončení je mechanicky odstraněn a recyklován pro další použití.

Tavením práškového lože s využitím tepelného zdroje v podobě laseru hovoříme o metodě DMLS či SLM, v případě elektronového svazku o EBM. Celý proces probíhá ve vzduchotěsné komoře naplněné inertním plynem, vyjma metodu EBM, která využívá vakuum.

Výhodou této technologie je především možnost tvorby malých designově komplexních součástí o vysoké přesnosti. Svá využití nalézá nejen v typicky strojírenské výrobě, jako je například výroba turbín či lopatek proudových motorů, ale i ve zdravotnickém průmyslu při výrobě stomatologických zařízení, chirurgických nástrojů a ortopedických implantátů.

(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)