Například málo zdůrazňovaným faktem je, že sice existují různé 3D tiskové technologie, ale s každou je spjatý konkrétní tiskový materiál. Nedělitelná vazba tiskové technologie a konkrétního materiálu je určující pro vlastnosti finálního výrobku. Například výrobek tištěný z nylonu technologií FDM nebo technologií SLS bude mít více či méně odlišné vlastnosti. A to po stránce jeho parametrů (mechanická, chemická, teplotní odolnost apod.), tvarové přesnosti a povrchové kvalitě.

3D tisk pro vás bude významným přínosem tehdy, když si ověříte konkrétní vytištěný model, který bude splňovat cílové parametry a vlastnosti.

V současné době je nejčastěji 3D tisk využíván pro výrobu prototypů, konstrukčních návrhů, malosériových výrobků (produkce „x“ až tisíce ks dle konkrétního případu), přípravků výroby a dalších výrobních pomůcek.

Obr. 1: Stolní 3D tiskárny technologie FFF jsou nejrozšířenější. Využívají se napříč všemi myslitelnými obory ve výrobě, konstrukci, prototypování, údržbě, vzdělávání atd. Rozsah jejich možností je dán velikostí tiskové komory, maximální dosažitelnou teplotou trysek, tiskové desky a teploty v komoře (nejlépe uzavřené). Kombinace těchto teplot snižuje resp. zvyšuje možnosti použití spektra tiskových materiálů. Druhou důležitou vlastností je schopnost tisknout v jedné úloze dvěma různými materiály. Když má tiskový model složitější geometrii obsahující ve vyšších vrstvách převisy, musí být tyto převisy podepřeny podpěrami. Tisk tak používá materiál stavební (vlastní model) a podpůrný materiál (podpory převisů). To je výhodné, protože lze použít podpůrný materiál který je ve finále jednoduše odstraněn vodou nebo jiným roztokem a zbude jen očekávaný výrobek.

Na obrázku je vyobrazena 3D tiskárna, která má dvě trysky a navíc nezávislé tiskové hlavy (IDEX). Tato konstrukce se dá využít pro současný tisk více modelů zároveň.

3D tisk - odkud začít?

Začátek je překvapivě snadný. Nalezněte dodavatele, který disponuje více tiskovými technologiemi, poskytuje 3D tisk jako službu (tzn. má zkušenosti) a sdělte mu, co potřebujete vyrobit. Nejlepší je mít konkrétní požadavek na výrobek a jeho očekávané vlastnosti a také výrobní náklady, tedy cenu, která dává ekonomický smysl. Objednejte si 3D výtisk a ověřte si, že odpovídá vaším požadavkům. Pokud odpovídá požadavkům, můžete začít kalkulovat provozní a materiálové náklady, amortizaci, produktivitu apod. Ověřit si, že to skutečně funguje, je jediná a nejlepší cesta.

Jak vybrat správnou 3D tiskovou technologii?

Pokud máte ve svém týmu zkušeného 3D tiskového uživatele, měl by vědět. V opačném případě to není úkol váš, ale vašeho zvoleného dodavatele. Vy přeci chcete vyrábět „to a to“ a s „těmi a těmi“ vlastnostmi a náklady. Úkolem dodavatele je pro vás zvolit optimální tandem 3D technologie a tiskového materiálu. Vy si jen ověříte jeho doporučení na konkrétním modelu a to po stránce funkčnosti, splnění parametrů a také ekonomiky.

Většina výrobců poskytuje TDS materiálů (technické materiálové listy), kde uvádí testované parametry materiálů jako jsou pevnosti (střih, tah, tlak), teplotní odolnosti, chemické odolnosti apod.

Zde je nutno si uvědomit, že někteří výrobci mají svojí 3D technologii „uzavřenou“ a jiní „otevřenou“ pro výrobce materiálů dalších stran. Výrobce, který má svojí technologii materiálově uzavřenou má většinou výhodu, že může garantovat parametry výtisku, neboť má prověřenou kontrolu parity „technologie/materiál“. Oproti tomu výrobce nabízející otevřené použití materiálů dalších stran tuto kontrolu nemá. Jeho výhodou je ale možnost využití širší škály druhů tiskových materiálů.

Uzavřený systém převážně nabízí prověřené řešení, otevřený systém pak větší flexibilitu při využití nových materiálů.

Obr. 2: Vlastnosti 3D tiskárny nejrozšířenější technologie FFF jako jsou vyšší teploty (trysek, desky, komory), současný tisk stavebním a podpůrným materiálem a uzavřená komora však ještě nezaručí požadovanou kvalitu výtisku. Dalším podstatným faktorem je připravenost / kondice tiskového materiálu (filamentu). Jedním z jeho největším nepřítelem je vzdušná vlhkost. Různém druhy filamentů mají vyšší či nižší tendenci absorbovat vzdušnou vlhkost. Nežádoucí přítomnost vlhkosti v materiálu významně ovlivní průběh tiskového procesu (např. povrchová kvalita, přilnavost vrstev apod.) ale hlavně ovlivní mechanické a další odolnosti finálního výrobku. Při tavení materiálu v trysce nadměrná vlhkost způsobí nevratné změny v krystalické mřížce a výsledek se stává loterií.

Proto musí operátor zajistit dle postupů výrobce filamentu příslušný sušící postup a udržet filament v odpovídající kondici po celý průběh tiskového procesu. K tomu potřebuje odpovídající příslušenství.

Na obrázku je zobrazen stolek 3D tiskárny, který má funkci vysoušení resp. udržení tiskového materiálu / filamentu v odpovídajícím prostředí vzdušné vlhkosti.

Na co se připravit?

Není dodavatel jako dodavatel. Jako ve všech oborech jsou na internetu tisíce odborníků a potenciálních dodavatelů. Snadným rozpoznáním „kdo je kdo“ je zadání konkrétního úkolu / požadavku pro potenciálního dodavatele:

• chci 3D tiskem vyrobit tento konkrétní model s těmito parametry, tolerancemi a vlastnostmi
• požaduji, aby dále splňoval „to a to“
• chci vidět 3D tiskovou technologii naživo
• požaduji vyškolení, technickou podporu a servis s odezvou „XX hod/dní“
• umístění 3D technologie do našeho prostředí jehož specifikace je „ta a ta“
• atd.

Na počátku budete potřebovat silné zázemí dodavatele, který musí rozpoznat vaše potřeby a navrhnout příslušné postupy, aplikace a řešení. Musí mít praktické znalosti a disponovat příslušnou kapacitou pro technickou podporu. Možná budete muset změnit některé pracovní postupy.

Klidně se může také stát, že seriózní dodavatel řekne, že vás požadavek nemá 3D tiskové řešení.

Obr. 3: 3D tisk kovových výtisků je vrcholová disciplína 3D tiskových technologií. Ačkoli řada výrobců tiskových technologií nabízí více či méně komplexní řešení 3D tisku kovem, velmi často zamlčují nebo pružně upravují skutečné dosažitelné parametry. Strojaři mají svojí bibli ve strojnických tabulkách, jež uvádí normy a chování konkrétních kovových materiálů. Jsou platné pro zpracování a výrobu kovových výrobků tradičním třískovým obráběním, odléváním apod. desítky let a možná i staletí. Výroba kovových modelů 3D tiskem má násobně více úskalí a limitů než ostatní. První, co musíte brát na zřetel je fakt, že většina finálních 3D tiskových výrobků obsahuje méně než 100% nominálního kovu. S trochou nadsázky můžeme tedy prohlásit, že finální výtisk je skoro kov. To není vada, vina či chyba, to je fakt. Nemusí to ale být nutně překážkou pokud to víte a počítáte s tím.

Na obrázku je zobrazena tiskárna, která tiskne spékáním kovového prášku. Je to patrně nejlepší a nejpřesnější technologie 3D tisku kovem, která dosahuje až 99,9% obsahu kovu. Její největší nevýhodou je požadavek pro změnu materiálu – kovového prášku. Tisková komora je kontaminována předchozím práškem a musí se kompletně vyčistit (běžný proces vyčistění = 4-8hod). Optimálním řešením je kontejnerová konstrukce, která umožní izolovat kontaminaci v rámci kontejneru, Jednoduchá výměna kontejneru (náročnost několik minut) umožní snadnou změnu tiskového materiálu.

Asi nejpalčivějším faktem je, že budete potřebovat nadšeného zaměstnance, který bude mít ambice proniknout do zákoutí 3D tisku. Uvědomíme-li si, že čas 3D tisku pro vytištění výrobku jsou hodiny, desítky hodin a často jednotky dnů, není mnoho prostoru pro opakování testů v reálném provozu. Správný postup 3D tiskového procesu a nastavení tiskové úlohy vede jen a zásadně prostřednictvím zkušeného 3D tiskaře nebo dodavatelské podpory.

Jaká jsou reálná a nereálná očekávání?

Byly soustruh, dláto či sekera v době svého vzniku nazývány budoucností? Nebyly, a ani 3D tisk není budoucnost! Je to jen další výrobní technologie. Je skvělá a umí vyrábět geometricky neuvěřitelně složité výrobky. Nečekejte univerzální řešení. Seznamujte se a testujte možnosti na základě reálných 3D výtisků. Jak popisuji v předchozích řádcích. Reálné je to, co lze 3D tiskem skutečně a smysluplně vyrobit, a to díky konkrétnímu ověření. Bez ověření jsou to jen sny a nereálná očekávání. Zapomeňte na marketing a požadujte konkrétní výtisk. 3D tisk dokáže vyrobit mnohé, ale ne vše. Také nemusí nutně dávat produktivní a ekonomický smysl.

Kde se nejčastěji dělají chyby?

Předsudky, neopodstatněné předpoklady a všude přítomný marketing je danajským darem 3D tiskové produkce. Při tom skutečně stačí jen jednoduché ověření. Požadavek na vytištění konkrétního modelu splňujícího definice zadání a jeho ověření v praxi.

Také čas výroby 3D tisku nelze srovnávat např. se vstřikovací technologií. Čas 3D tisku záleží na mnoha faktorech jako jsou zvolená tisková technologie, použitý tiskový materiál, velikost výtisku, jeho geometrie apod. Některé výtisky jsou hotové za pár hodin, jiné za desítky hodin a nezřídka i za několik dnů.

Obr. 4: Efektivní a vysoká produktivita je cílem všech výrobců = v co nejkratším čase a v nejnižších nákladech moci vyrobit co nejvíce výrobků. Srovnání různých technologií výroby (obrábění, odlévání, vstřikolisy apod.) musí zahrnout všechny související náklady, postupy a další kontext. 3D tisk vyrábí výrobky v čase desítek minut, hodin a někdy i dnů. Např. vstřikolis potřebuje jen pár sekund. Takže v tomto srovnání je 3D tisk vždy zoufale pomalejší. Nemusí to být pravda. Pro vstřikolis musíte mít formu (výroba formy = týdny a často měsíce) a také zajištěný odběr ve vysoké produkci kusů. 3D tisk vyrábí hned a v malých sériích získáte výrobky v kratším času, než je k dispozici forma pro střikolis. Hodnocení produktivity a ekonomiky musí zahrnovat všechny aspekty od počátku ke konci včetně všech doprovodných nákladů.

Na obrázku je vyobrazena platforma 3D výtisků technologie SLA/DMP, která tiskne až rychlostí 10cm/hod na výšku menší plastové výrobky. Přepočteno na jeden výrobek je čas tisku méně než 40 sekund.

Neočekávejte od 3D tisku všechna řešení pro vaší výrobu. Přijměte 3D tisk jako doplněk, který rozšíří vaše výrobní možnosti, variabilitu a kapacitu. Nalezněte si kvalifikovaného dodavatele, který má zkušenosti s více výrobními 3D technologiemi, které využívá pro poskytování 3D služeb. Parametry materiálů v technických listech berte jako vodítko a základní orientaci. Vždy však rozhodujte na základě ověřené funkčnosti 3D vytištěného výrobku. Poznat, ověřit, otestovat a pak se rozhodnout. To je patrně nejlepší cesta jak se vyvarovat chyb.

Jan Šmejcký Autor článku je ředitelem společnosti Elvira | Abc3D.