Těžko spočítat, kolik je dnes už na světě aditivních technologií. Snahy o využití tisku součástek i celých výrobků přinášejí nové a nové výzvy a spolu s nimi chytré hlavy vymýšlejí nové materiály a způsoby aplikací. Co bylo včera nemožné, dnes jde anebo to možné bude už zítra. Jedna z takových cest vznikla na Colorado State University a umožňuje poměrně rychlý tisk kvalitních kompozitních dílů bez potřeby speciálních vytvrzovacích zařízení.
Při výrobě kompozitních dílů se v posledních letech čím dál více uplatňují aditivní technologie. Těch už je celá řada, nicméně tou nejrozšířenější je technologie označovaná třemi písmeny F (fused filament fabrication). Někdy bývá označována také více vypovídající zkratkou FDM (fused deposition modeling — modelování tavené depozice), nicméně v tomto případě jde o ochrannou známku, takže pro obecné užití bylo zavedeno právě označení FFF (někdy je zkratka právě pro její volné užití vykládána také jako filament freeform fabrication).
Jde prakticky o nejznámější technologi i, hojně rozší řenou i mezi amatéry, tedy o proces 3D tisku využívající spojité vlákno z termoplast ického mater iálu (ne vždy musí být spojité). To je přiváděno z velké cívky přes pohyblivou vyhřívanou tiskovou extruderovou hlavu a postupným nanášením drobných natavenin vniká cílový objekt. Tisková hlava se pohybuje pod kontrolou počítače, který pomocí softwaru definuje tištěný tvar.
Obvykle se hlava pohybuje v rovině vodorovné vrstvy a po jejím dokončení se tisková hlava posune o malý kousek výše, aby začala vrstvu novou. Z tohoto důvodu musí modelovací software a následně i hlava nezřídka kromě tištěného objektu vytvářet také podpůrné struktury, aby ve vyšších vrstvách mohla hlava tisknout části objektu, které by v dané rovině v momentě tisku jinak nebylo na co natavit, respektive přichytit.
Původní technologii fused deposition modeling vyvinul S. Scott Crump, spoluzakladatel společnosti Stratasys, už v roce 1988. Teprve však v roce 2009 s vypršením patentu mohli začít lidé technologii používat bez placení licence a nastal tedy její postupný boom otevřením dalších komerčních, open-source (především té vytvořené členy projektu RepRap — replicating rapid prototyper — zaměřeného na vývoj levné tiskárny schopné tisknout většinu vlastních komponent), a dokonce i DIY (do it yourself — udělej si sám) aplikací 3D tiskáren. To vedlo od vzniku této technologie k poklesu cen o dva řády.
Postupem času se technologie pochopitelně dále vyvíjela a dělila do dalších směrů, takže dnes už máme i tiskány tisknoucí z řady jiných materiálů nebo takové, které například netisknou z dlouhé „struny“, ale třeba z pelet, takže mohou využívat i recykláty. A dnes tak s příměsí vláken poslouží také právě k tisku kompozitních dílů.
Problém většiny FFF technologií však spočívá v tom, že jimi vytvořené výsledné části často nejsou vhodné pro vysoce výkonné konstrukční aplikace kvůli nízkým provozním teplotám (většina tiskáren pracuje s poměrně nízkou tavnou teplotou a jimi zpracovávané díly tedy nevykazují velkou tepelnou odolnost ani po zhotovení), nedokonalému mechanickému spojení mezi vrstvami (kompozitní vlákna zpravidla neprostupují mezi vrstvami, a tudíž ani nepřispívají ke zvýšení pevnosti), velkému obsahu dutin a relativně malým objemům vláken.
Nelehká cesta pryskyřic
Tým z coloradské státní univerzity se však pokusil najít řešení v podobě speciálních termosetových kompozitních pryskyřic plněných vlákny. Tyto nízkoviskózní materiály citlivé na teplo lze vytlačovat přímým „inkoustovým“ tiskem (tedy vytlačováním materiálu bez potřeby tavení) a často nabízejí vynikající termomechanické vlastnosti, tedy alespoň ve srovnání s protějšky z tavených strun či pelet. Termosetové materiály však byly zatíženy jinými vážnými potížemi při zpracování, především souvisejícími s rychlostí jejich vytvrzování.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)