„Díly z 3D tiskárny nic nevydrží“

S tímhle tvrzením se můžete setkat překvapivě často, navzdory realitě panující v průmyslu a výrobě. Z části za to může i bublina obecných médií, pro která je dosud synonymem 3D tisku pouze oblast hobby stavebnic s možností tisku několika základních materiálů. Dnešní možnosti jsou však úplně jinde. Zůstaňme jen u „plastů“: I na kvalitních a stále dostupnějších stolních 3D tiskárnách není problém tisknout třeba z plastových kompozitů. Oblíbené jsou ty plněné uhlíkovým či skelným vláknem.

Zcela nové možnosti – z pohledu mechanických vlastností dílů – už před lety přinesl 3D tisk kompozitů se spojitou výztuží. Je dostupný v podobě stolních i průmyslových tiskáren. Vlákna z uhlíku („karbonu“), kevlaru či skelná vlákna jsou automaticky vkládána do mezivrstev už během tisku – v rozsahu, který si konstruktér předem určí s ohledem na požadované vlastnosti výtisku. Pevnost i houževnatost takových dílů dokáže víc než příjemně překvapit, v mnoha aplikacích s výhodou nahrazují kovové obrobky. Běžně se dnes používají v průmyslové výrobě jako nástroje či náhradní díly, ale také jako finální, plně funkční součásti.

Specializovanou 3D tiskárnu si zaslouží také nejodolnější termoplasty, někdy nazývané jako ultra polymery. O co náročnější jsou materiály jako PEEK, PEKK, ULTEM / PEI, PVDF, PA Carbon a další na podmínky při zpracování, o to odolnější díly z nich dokážeme vyrobit. Výtisky pak slouží v automobilech, letadlech a dalších dopravních prostředcích, v komunikačních satelitech a IT, ve strojích i v lékařství či potravinářství. Dokážou totiž nabídnout zajímavé kombinace vlastností: provozních teplot výtisků cca od –100 °C do 250 °C, nehořlavosti, nekouřivosti, nevodivosti (ESD), chemické odolnosti, bezpečnosti ve styku s potravinami a podobně. Kverulantské „3D tisk je dobrý maximálně tak na hračky a prototypy“ je pouhou nevědomostí.

Obr. 1: Pro aditivní výrobu z nejnáročnějších – a současně i nejodolnějších termoplastů už je potřeba odpovídající 3D tiskárna. Investice do ní se však firmám dokáže překvapivě rychle vracet díky rychlé a spolehlivé výrobě vysoce odolných dílů vlastními silami, kdykoli jsou potřeba. (foto: MiniFactory)

„3D tisk je strašně pomalý“

Než vytisknete díl, zabere to hodiny, u těch složitějších i desítky hodin. Také podle materiálu a technologie, počtu souběžně tištěných dílů atd. I přesto se 3D tisk neustále osvědčuje jako technologie výrazně šetřící čas, především u prototypové, kusové i malosériové výroby, kde se nevyplatí připravovat drahou formu pro vstřikováním, programovat obráběcí centrum a podobně.

Jak to? Jedním z důvodů je okamžitá dostupnost tisku. Nemusíte zdlouhavě připravovat výkresovou dokumentaci – tisknete přímo z 3D modelu, klidně přes noc za dveřmi konstrukční kanceláře, nepřetržitě na tiskové farmě, nebo třeba v kukani na konci montážní haly, jako to dělají v některých automobilkách, kde už léta připravují například nástroje a pomůcky pro provoz a údržbu. Profesionální 3D tiskárny rozhodně nevyžadují nepřetržitý dozor, nabízejí dostatečnou spolehlivost, přesnost i opakovatelnost výroby. Jsou neustále připravené na změnu výroby, postupná vylepšování tisknutých dílů podle potřeb provozu.

Mnohé týmy dokázaly 3D tiskem zkrátit termíny dodávek potřebných nástrojů, upínek, náhradních dílů atd. doslova na zlomek původního času. Nemusí řešit externí poptávky, jejich vyhodnocování a kontrolu – tisknou si sami a v kvalitě, kterou právě potřebují. Přesvědčit se o tom můžete v desítkách případových studií od světově proslulých značek (VW, Heineken, Ford apod.) i přímo z českých firem všech velikostí na 3Dwiser.com/praxe (v češtině).

Mimochodem, výrazných úspor lze dosáhnout i u tak náročných aplikací, jako jsou sestavy raketových motorů. 3D tisk mj. umožňuje sloučit řadu původních dílů sestavy do jednoho tvarově složitého kovového výtisku. Místo zadávání více součástí různým specializovaným výrobcům a následné kontroly kvality (extra u každého z nich) stačí řešit jediný díl.

Obr. 2: Technologie 3D tisku jsou stále dostupnější. Příkladem je slinování nylonových prášků laserem (SLS). Kvalitní produkční tiskárna už není nedostupná ani menším týmům či firmám. Na snímku jsou výtisky z materiálu Nylon 12 GF s plnivem ze skelného vlákna (foto: Formlabs)

„Výtisky jsou strašně drahé“

V jediný den můžete nad naceněním zakázkového 3D tisku zaslechnout diametrálně odlišné reakce: „Ale to je dražší, než jsem čekal,“ zoufá si spotřebitel, který chtěl 3D tiskem řešit náhradu ulomené součástky, kterou dříve za pár desetikorun chrlily čínské vstřikolisy v milionových sériích. Pravda, naskenování předlohy, úprava modelu a 3D tisk z odolného materiálu budou jistě dražší. – „Cože, plně funkční náhradní díl, který nás zachrání od odstávky linky v ceně mnoha milionů, bude zítra a takhle levně? To nám rovnou přibalte i 3D tiskárnu, protože se nám obratem začne vyplácet,“ zní reakce z opačného pólu, nikoli však výjimečná.

3D tisk dokáže být velmi výhodným výrobní nástrojem; zejména tam, kde se tradiční, velkosériové technologie nevyplatí. Při vývoji proto­ty­pů, kusové a malosériové výrobě na míru, realizaci tvarově složi­tých (a jinak ani nevyrobitelných) dílů, v neustále se měnící výrobě, kde je potřeba reagovat ze dne na den a podobně. I v českém a slovenském průmyslu je mnohokrát ověřeno, že investice do vhodné technologie 3D tisku se firmám dokáže vrátit překvapivě rychle, často v řádu několika týdnů a měsíců, podle aplikace a typu zařízení.

„3D tisk se rozhodně vyplatí. Jak z hlediska nákladů na samotný vytištěný díl, tak z hlediska úspory strojních hodin. V případě poruchy výrobní linky jsme schopni vyrobit náhradní díly, takže prostoje jsou mnohem kratší a náklady nižší,“ připomněl Martin Stričko z farmaceutické společnosti Zentiva v nedávném průzkumu využívání 3D tisku mezi středoevropskými firmami. (Celý průzkum je bezplatně dostupný na https://3dwiser.com/pruzkum.)

Obr. 3: Stolní 3D tiskárny termoplastů najdete díky jejich všestrannosti a spolehlivosti stále častěji přímo ve výrobních provozech. (foto: Ultimaker, Schubert)

„Dům z 3D tiskárny za 24 hodin“

Podobný nadpis jste v posledních letech pravděpodobně zahlédli nejednou. Byl by to splněný sen, kdyby to však byla pravda. Dům nejsou jen svislé nosné konstrukce, ale obrovské množství dalších konstrukcí a stavebních prvků, vč. základů, izolací, vodorovných konstrukcí, zastřešení, oken, dveří a dalších výplní tvorů, sítí a vnitřních instalací, krytin a povrchových úprav, zařizovacích předmětů a mnoha dalších. I jejich montáž zabere nemálo času a úsilí. Ač tedy přerostlá stavební „3D tiskárna“ už v pilotních projektech zvládne položit po vrstvách ze směsi třeba hrubé obvodové zdi i příčky, ani zdaleka to není vše, co tvoří dům (či alespoň hrubou stavbu).

Pokud však odhlédneme od uměle přifukovaných senzací, 3D tisk ve stavebnictví čeká velmi zajímavá budoucnost. Stejně jako i v dalších průmyslových odvětvích totiž přináší nové možnosti (třeba u složitých tvarů) do výstavby. I v Česku se výzkumu v této oblasti, včetně potřebných stavebních materiálů, intenzivně věnuje řada expertů, o jejichž práci určitě ještě uslyšíme.

Obr. 4: Odolné kompozity s uhlíkovými vlákny se už osvědčily v robotice i elektrotechnice. Vysokopevnostní materiál Onyx ESD navíc dokáže kombinovat výbornou mechanickou odolnost s ESD vlastnostmi (ochrana proti přenosu elektrostatického výboje). (foto: Markforged)

Buďme realisté, budeme příjemně překvapeni

Rozvoj moderních 3D technologií je nepřetržitým hledáním efektivnějších přístupů, dostupnějších metod výroby pro co nejširší množství zájemců i úplně nových cest s využitím čerstvě vyvinutých materiálů. Pokud budeme brát 3D tiskárny jako užitečné nástroje rozšiřující možnosti výroby, ne jako všespásné kouzlo, dokážeme lépe těžit z jejich přínosů v každodenním životě i napříč průmyslovými odvětvími. Oblast 3D technologií rozhodně stojí za to sledovat i v příštích letech. Vědecké poznání zde proniká do praxe velmi rychle.

Tomáš Vít Autor článku je konzultantem společnosti 3Dwiser.com