STROJIRENSTVI.CZ KONSTRUKTER.CZ 3D-TISK.CZ MATEMATIKA.CZ HLEDAME.CZ

3D tisk pro každého konstruktéra

Ačkoliv se dnes o 3D tisku mluví v mnoha souvislostech, od počátku se pod tímto pojmem skrývá především seriózní výrobní technologie – a jako takovou je nutno 3D tiskárny chápat. Dává to pak jasný smysl pro každého, kdo chce získat náskok při vývoji výrobků.

3D tiskárny v posledních dvou letech na první pohled zažívají ohromný boom. Jenže druhý pohled, směřující k pravé podstatě věci, ten odhaluje něco trochu jiného. O 3D tisku se mnohem víc mluví, než aby se reálně dělo – nikoliv na straně výrobců 3D tiskáren, ti vyvíjejí o sto šest, nýbrž na straně potenciálních zákazníků, z nichž mnozí jsou přílivem různorodých informací často spíš zmateni, než aby mohli sdílet fascinaci a zaujetí z všudypřítomné propagace těchto technologií.

I na levné stolní 3D tiskárně, kterou pořídíte za šedesát tisíc korun, můžete vytvářet obdobné funkční prototypy z plastu

I na levné stolní 3D tiskárně, kterou pořídíte za šedesát tisíc korun, můžete vytvářet obdobné funkční prototypy z plastu

Tento článek nebude o banalitách, které se o 3D tisku objevují v masmédiích. Zapomeňte na 3D tisk jídla, buněk nebo zbraní pro domácí potřebu – to vše jsou prozatím spíše bulvární záležitosti, jejichž frekvence výskytu ve sdělovacích prostředcích je nepřímo úměrná realistickému využití těchto záměrů v současnosti i dohledné budoucnosti.

S osobní 3D tiskárnou na stole se může rázem stát výrobcem komerčních předmětů každý nadaný student produktového designu

S osobní 3D tiskárnou na stole se může rázem stát výrobcem komerčních předmětů každý nadaný student produktového designu

3D tisk určitě není pro každého a stejně tak je velmi nepravděpodobné, že by se ze 3D tiskáren v blízké době stala zařízení pro domácnosti a laiky. A to navzdory skutečnosti, že dnes 3D tiskárnu (jejíž cena odpovídá schopnostem) pořídíte už i za jednotky tisíc korun. Dostupná cena zde nehraje velkou roli. Podstatné je, že tato zařízení jsou primárně určena pro toho, kdo něco tvoří – přesněji řečeno, kdo vytváří digitální 3D data, což běžný spotřebitel v drtivé většině nedělá, neumí a nezajímá se o to.

Přínos do vývoje výrobků je zřejmý

Pokles cen těchto zařízení, jakého jsme nyní svědky, každopádně nahrává jejich rozšíření přesně tam, kde je jich zapotřebí – tedy v kancelářích konstruktérů, designérů a obecně všude, kde je žádoucí ve velmi krátkém čase vytvořit plastový výrobek či prototyp.

Orientace výrobců cenově dostupných 3D tiskáren, kteří se soustředí nebo původně soustředili primárně na domácí uživatele, se začíná poměrně rychle ukazovat jako scestná, takže se mnozí z těchto dodavatelů po nárazu na tvrdou realitu snaží přeorientovat na zákazníky z řad průmyslových firem. Tam už jsou však karty do značné míry rozdány.

Stojí za to připomenout, že technologie 3D tisku nejsou nikterak nové. Jejich historie sahá až do osmdesátých let dvacátého století a praktické využití nacházejí v mnoha podnicích již dlouhá léta. Týká se to i České republiky, kde jsou průmyslové 3D tiskárny úspěšně využívány už zhruba od poloviny devadesátých let (viz například zlínská Tescoma, o které píšeme na stranách 46-47).

3D tisk máme v Česku skoro dvacet let

Na českém trhu je dlouhodobě k dispozici většina profesionálních technologií 3D tisku od největších světových výrobců – ať už jsou to technologie nanášení taveného plastu (originální FDM), vytvrzování světlocitlivé pryskyřice (PolyJet) nebo vrstvení papíru (LOM), které všechny dodává firma MCAE Systems, lepení barveného prášku (PP) zastupované firmou Bibus, přímý 3D tisk z kovu (SLS, SLM, DMLS), které zde nabízí například Innomia, Renishaw a Misan nebo komplexní portfolio nejrůznějších technologií 3D tisku včetně průmyslové stereolitografie (SLA), reprezentované na místním trhu pobočkou belgické společnosti Materialise. Ti všichni poskytují 3D tisk jako službu na bázi outsourcingu a až na poslední zmíněnou taky 3D tiskárny prodávají.

Osobní 3D tiskárny dnes nesmějí chybět na žádné technologické výstavě, či veletrhu, kde stále vzbuzují zasloužený zájem. Ten se však poměrně často opírá o mylné představy o tom, k čemu tato výrobní zařízení doopravdy slouží.

Osobní 3D tiskárny dnes nesmějí chybět na žádné technologické výstavě, či veletrhu, kde stále vzbuzují zasloužený zájem. Ten se však poměrně často opírá o mylné představy o tom, k čemu tato výrobní zařízení doopravdy slouží.

Vedle toho si může český zákazník vybrat už i z kategorie osobních 3D tiskáren, tedy cenově dostupných zařízení, z nichž většina se inspiruje u technologie FDM, kterou vyvinula a patentovala firma Stratasys. Nabídka těchto strojů, jejichž ceny se v současnosti pohybují mezi čtyřiceti až sto tisíci korunami, se však na místním trhu až donedávna omezovala prakticky jen na jednoho výrobce – českou společnost Aroja, která pod značkou 3Dfactories vyrábí prozatím tři modely osobních 3D tiskáren, jež vycházejí z jejího vlastního vývoje.

Důkazem, že i na levné 3D tiskárně je možné vyrobit přesný funkční model, je tento prototyp letadlového motoru postavený z dílů vyrobených na 3D tiskárně pořízené zhruba za sedmdesát tisíc korun

Důkazem, že i na levné 3D tiskárně je možné vyrobit přesný funkční model, je tento prototyp letadlového motoru postavený z dílů vyrobených na 3D tiskárně pořízené zhruba za sedmdesát tisíc korun

Další český výrobce, firma DO-IT, vystupující pod značkou Be3D, hodlá bojovat o své místo na trhu plánovaným uvedením kompaktní stolní tiskárny a vedle toho většího stroje pro tisk objemných modelů – obě tato zařízení by měla být k dispozici v průběhu letošního roku. Na jejich zavedení do sériové výroby si ještě musíme počkat, stejně tak na prověrku těchto strojů v praktickém provozu.

Konkurence houstne, rozhodne kvalitní servis

S příchodem značkových zahraničních tiskáren, do jejichž vývoje vkládají investoři miliony dolarů, bude zajímavé sledovat, jak proti nim ambiciózní čeští rivalové obstojí. Očekávat se dá přetahování o nejnižší cenu, profesionální zákazník by se však měl rozhodovat především na základě přidané hodnoty a kvality technické podpory.

Ačkoliv je možné kovový díl také přímo vytisknout, mnohem levnější je odvodit ho z plastového 3D výtisku metodou přesného lití

Ačkoliv je možné kovový díl také přímo vytisknout, mnohem levnější je odvodit ho z plastového 3D výtisku metodou přesného lití

Konkurence v nabídce osobního 3D tisku v tuzemsku vyrostla zásadním způsobem letos v únoru, kdy firma MCAE Systems přivedla na český a slovenský trh značku MakerBot. V kombinaci s bohatými zkušenostmi kuřimských specialistů v oblasti aditivní výroby a jejího uplatnění v mnoha průmyslových firmách napříč regionem, je nyní MakerBot zřejmě nejlákavější volbou pro seriózní zájemce o pořízení 3D tiskárny do sta tisíc korun.

Model postavený ve 3D tiskárně lze použít pro vytvoření silikonové formy, ze které odlijete celou sérii takových výrobků

Model postavený ve 3D tiskárně lze použít pro vytvoření silikonové formy, ze které odlijete celou sérii takových výrobků

3D tiskárny v této cenové relaci jsou primárně vhodné pro rychlou tvorbu plastových prototypů. Možnost získat během několika minut až hodin fyzický prototyp výrobku vyvíjeného ve 3D CAD systému je v mnoha případech k nezaplacení. Nejen že urychluje celý proces vývoje, ale pomáhá včas odhalit chyby a vyladit výsledný výrobek směrem k vyšší kvalitě z hlediska jeho technických vlastností nebo ergonomie.

Klíč k rychlé a levné výrobě prototypů

V řadě případů dokáže 3D tisk zastoupit jiné prototypovací metody, které jsou obvykle mnohonásobně dražší a zaberou nesrovnatelně delší dobu. Ve firmách, jež se zabývají například produkcí plastových výrobků, lze v určitých fázích díky 3D tisku obejít nákladnou výrobu prototypovacích forem. Tyto možnosti poskytují průmyslové 3D tiskárny dávno, ovšem nikdy nebyly dostupnější, než nyní, kdy lze osobní 3D tiskárnu s profesionálními vlastnostmi pořídit už za šedesát tisíc korun a kilogram kvalitního materiálu za patnáct set (neznačkové PLA s riziky tomu úměrnými pořídíte i za třetinu této sumy).

Na 3D tiskárně můžete vytvořit také formu a tuto použít pro malosériovou výrobu dalších modelů a prototypů

Na 3D tiskárně můžete vytvořit také formu a tuto použít pro malosériovou výrobu dalších modelů a prototypů

Dnešní doba otevírá možnost pořídit stolní 3D tiskárnu na stůl každého konstruktéra, kam tato zařízení rozhodně patří a budeme se s nimi na takových pracovištích setkávat čím dál častěji. Stále širšího uplatnění se i osobním 3D tiskárnám dostává také při produkci konečných výrobků, tedy nejen pro prototypy. Málokdo například dosud ví, že i 3D tisk z plastu technologií FDM může vést k malosériové výrobě finálních produktů prostřednictvím návazných technologií, jako je například vakuové lití. Metoda přesného lití do ztracené formy pro změnu umožňuje odvodit z plastového výtisku kovový díl atd. To vše jsou důvody, proč se při výběru 3D tiskárny v jakékoliv cenové relaci nedívat pouze na její cenovku, nýbrž proč upřednostnit dodavatele, který dokáže nabídnout víc než jen atraktivní slevu při prvotním nákupu.

Pro tisk složených modelů, které obsahují již od výroby zkompletované pohyblivé části, je lepší využít 3D tiskárnu, která umí používat dva různé materiály současně, z toho jeden pro stavbu rozpustných podpor

Pro tisk složených modelů, které obsahují již od výroby zkompletované pohyblivé části, je lepší využít 3D tiskárnu, která umí používat dva různé materiály současně, z toho jeden pro stavbu rozpustných podpor

Jak se ovládá osobní 3D tiskárna

  1. 1

    1

    Předpokladem pro použití 3D tiskárny je to, že máte připraven počítačový model pro 3D tisk, který můžete vytvořit v libovolném 3D CAD systému nebo 3D modeláři. Uložíte ho do formátu STL a načtete v aplikaci dodávané ke 3D tiskárně (v tomto případě je to bezplatný program MakerWare).

  2. 2

    2

    Po prvním zapnutí vás 3D tiskárna vyzve k vyrovnání stavební podložky, které provedete zhruba během minuty prostřednictvím aretačních šroubů po jejím spodním obvodu a s pomocí distanční vložky, jejíž tloušťka je přibližně 0,1 mm. Přesné vyrovnání vzhledem k ústí trysky je nezbytné pro to, aby byl model vyroben bez závad. Vyrovnání stavební podložky je pak vhodné čas od času zopakovat.

  3. 3

    3

    Do tiskové hlavy, která obsahuje vytlačovací mechanismus (tzv. extruder), zavedete tiskový materiál v podobě plastové struny. Tiskárna strunu vtáhne a ve vyhřívané tiskové hlavě nastavené na patřičnou teplotu vstupní plast roztaví.

  4. 4

    4

    Před zahájením tisku necháte tiskovou hlavou protéct malé množství materiálu, abyste z tiskového ústrojí odstranili zbytky z předchozích úloh a zaplnili ho dostatkem taveniny pro plynulý tisk vašeho modelu.

  5. 5

    5

    Zadáte tiskárně tiskovou úlohu, a to buď tak, že ji odešlete přímo ze softwaru přes USB kabel, anebo modely ve formátu STL uložíte na paměťovou kartu, kterou zasunete do slotu v tiskárně. Nejnovější generace 3D tiskáren dokážou komunikovat také přes cloudové rozhraní, anebo přes Wi-Fi připojení. Tiskárna začne po přijetí dat buď okamžitě tisknout, anebo – jako v případě MakerBotu – disponuje interaktivním displejem s možností vybrat daný soubor přímo na tiskárně a dále s ním pracovat.

  6. 6

    6

    Doba tvorby jednoho modelu závisí na jeho velikosti a objemu. U drobných výrobků, jako je ten na obrázku, můžete být hotovi do deseti minut. Velké modely, jež zaplní celou tiskovou komoru, bude tiskárna vytvářet několik hodin. Po dokončení tisku přejde stroj do klidového režimu. Po vyjmutí hotového modelu můžete pokračovat s tiskem dalších.

Napsal Jan Homola. Fotografie pořídil autor článku na veletrhu EuroMold 2013.

www.3D-tisk.cz

Mohlo by vás také zajímat

Přidejte k článku svůj komentář

Komentář podléhá autorizaci ze strany redakce, proto se nezobrazí ihned po vložení. Vyhrazujeme si právo odstranit příspěvky, které jsou v rozporu s dobrými mravy nebo platnou legislativou. Slušnou a konstruktivní diskusi vítáme!