Kolik stojí 3D tisk?

Rapidní rozvoj spotřebitelské linie 3D tiskáren vyvolává dojem, že 3D tisk je „levný“. V profesionální sféře proti tomu přetrvává přesvědčení, že aditivní výroba je „drahá“. Kde je tedy pravda?

Abyste na tuto otázku dokázali rozumně odpovědět, musíte se zajímat o mnohem víc, než jen o pořizovací cenu 3D tiskárny. Díky uvolnění některých patentů se na trhu skutečně vyrojily přístroje, jež lze označit jako „levné“, dokonce neuvěřitelně levné v porovnání s tím, co bylo k dispozici v minulosti.

Možnost pořídit si do kanceláře nebo domů kvalitní 3D tiskárnu za dva tisíce dolarů se ještě před pár lety rovnala čiré utopii, která je dnes zcela civilní realitou. Prodávány jsou již dokonce i sety pro domácí kutily s cenou atakující hranici pěti set dolarů.

Pod vlivem marketingu dodavatelů těchto dostupných 3D tiskáren a s přispěním populárně-vědeckého bulváru, ovšem zaniká klíčová informace, že od určité míry požadavků na výstup je potřeba striktně rozlišovat mezi 3D tiskárnou pro hobby využití a pro nasazení v komerční produkci. Zde se již situace láme. Nejlevnější profesionální 3D tiskárny si totiž od těch spotřebitelských stále drží nemalý cenový odstup, ačkoliv se laikovi může zdát, že ve výsledku produkují skoro totéž.

Porovnávejte zodpovědně

Při rozhodování o tom, zda si pořídit 3D tiskárnu, tak rozhoduje především fakt, jakým jste typem zákazníka. My se v tomto článku zaměříme na ty, kdo ve 3D tisku hledají odpověď na vyřešení otázek zefektivnění výroby a jeho přínosů v profesionální praxi.

3D tisk ve výrobní sféře v mnoha odvětvích otevírá zcela nové obzory. Abyste pochopili, v čem je jeho největší klad a hodnota, musíte vycházet ze situací, které dobře znáte a z jejich srovnání s tím, jak by se daly vypořádat prostřednictvím 3D tisku.

Představte si například, že vyrábíte tvarově komplikované díly vstřikováním plastu do formy, přičemž se ukáže, že se u výlisků projeví závažný nedostatek, který je potřeba odstranit. Jaké máte v takovém případě možnosti? Vývoj a výroba nové formy je extrémně drahá záležitost, takže nedovoluje jakkoliv experimentovat. Díky 3D tisku je tu přitom ve srovnání s takovým nápravným procesem řešení až kouzelně jednoduché a nesrovnatelně výhodnější.

Vadný prvek můžete s pomocí 3D skeneru zdigitalizovat, nebo v případě, že disponujete jeho zdrojovými 3D CAD daty, je to ještě snazší. Na počítači provedete v návrhu nezbytné úpravy a výsledek odešlete do 3D tiskárny, která vám v řádu několika hodin takřka automaticky poskytne fyzický prototyp, jehož pořizovací náklady se mohou vejít už do stovek, tisíců, maximálně desetitisíců korun. Samotná prototypová forma by stála statisíce i miliony a její příprava by si vyžádala celé týdny.

Podobně snadno a jen nepatrně delší cestou lze dospět i k plnohodnotnému kovovému dílu. Nejprve se vytvoří na 3D tiskárně plastový vzor, a to buď formy, nebo přímo dílu. K finálnímu výrobku potom dospějete například metodou přímého lití (angl. direct casting), kdy se 3D výtisk obalí keramickou vrstvou, při jejím vypálení sám expiruje a rychle tak vzniká přesná forma pro lití kovu.

V kontrastu s konvenčním postupem výroby a díky možnosti obejít zhotovení prototypové formy je vaše nákladovost rázem o několik řádů níže. Nepotřebujete přitom programovat obrábění, platit drahou obsluhu strojů a k výsledku dospějete také diametrálně rychleji.

Toto jsou nekompromisní faktory, které ze 3D tisku dělají výhodnou záležitost v profesionální sféře. A ačkoliv se pořizovací náklady produkčních 3D tiskáren a výrobních systémů stále pohybují ve statisících i milionech korun, i zde ceny jasně padají dolů.

Kupovat, či nekupovat?

„Mnoho lidí má dojem, že je aditivní výroba drahá a přitom se nikdy nezabývali tím, jaké výhody by jim mohla přinést právě v jejich situaci, takže nezjistili, že by se jim mohla třeba bohatě vyplatit,“ říká Daniel Adam ze společnosti MCAE Systems, která patří k průkopníkům technologií 3D tisku v Česku, a dodává: „Pro změnu tam, kde se rozhodli pořídit si některou ze vstupních verzí 3D tiskáren, mnohdy zjistili, že pro ni najednou dokážou najít tolik využití, že zanedlouho pořizují další a výkonnější řešení.“

Je přitom na místě otázka, kdy a zda vůbec 3D tiskárnu do firmy pořizovat. Odpověď na ni není jednoznačná, protože závisí na mnoha aspektech, především na vašich schopnostech 3D tiskárnu dostatečně vytížit s ohledem na její pořizovací cenu.

Pokud by se vám 3D tiskárna hodila pro tvorbu především pohledových modelů při definování designu výrobků, můžete si vystačit i s přístroji z té nejlevnější kategorie. Tedy za předpokladu, že pro vás nejsou zásadní parametry, jako rozměrová přesnost, teplotní odolnost, značná velikost modelů, nebo rychlost výroby. V takových případech se vaše investice může vejít do padesáti tisíc korun a dále budete platit už pouze za tiskové médium. Vystačíte si s plastovými materiály, které můžete pořídit zhruba za 1500 Kč za kilogram.

Tytéž úkony samozřejmě zvládají i dražší zařízení, navíc však poskytují vyšší výkon, větší stavební komory a v mnoha ohledech dokonalejší modely. Nabídka je velmi pestrá, a to i v rámci portfolia jednotlivých výrobců. Například u firmy Stratasys, jež se specializuje na zařízení pro 3D tisk z plastů, můžete pořídit základní kancelářskou 3D tiskárnu Mojo již za nějakých dvě sta tisíc korun. Do půl milionu se může vejít o něco rozměrnější Uprint, poskytující vyšší produktivitu.

Pokud vám hodně záleží na přesnosti a produktivitě při stavbě rozměrných prototypů, najdete řešení v řadě Dimension, kde se již bavíme o přístrojích v ceně přibližně od půl do milionu korun. Speciálním průmyslovým aplikacím s náročnými požadavky na odolnost, rozměrovou a tvarovou přesnost výrobků a špičkové materiálové vlastnosti pak vychází vstříc 3D výrobní systémy Fortus, u nichž se pořizovací cena pohybuje v rozmezí dvou až deseti milionů korun.

To přitom zdaleka není strop, na který se můžete dostat. 3D tiskárny využívající ke stavbě modelů kovový prášek tavený laserem jsou obvykle ještě dražší. Například u DMLS strojů značky Eosint se ceníkové ceny pohybují v rozmezí čtyř až šesti set tisíc eur.

Výhody externí spolupráce

Abyste mohli využívat výhod 3D tisku, nemusíte sami 3D tiskárnu vlastnit. Mnohem častější je využívání této technologie na bázi outsourcingu podle aktuální potřeby, aniž byste se museli zabývat náklady na vlastnictví a vytížení drahého stroje.

Konstruktér Peter Knobloch, u něhož výrobu prototypů 3D tiskem poptává mj. třeba Škoda Auto, odhaduje, že vlastní 3D tiskárna se vyplatí od chvíle, kdy produkujete modely v objemu od 100 litrů materiálu ročně. Radí, že nákup vlastní 3D tiskárny pozbývá smyslu, pokud se vaše požadavky na kvalitu a velikost modelů liší případ od případu. Sám na webu www.3dtiskarna.cz nabízí výrobu 3D modelů při ceně od 23 do 1000 Kč za kubický centimetr dle použitého materiálu, případně za paušál v rozsahu 230 až 1500 Kč za jednu provozní hodinu stroje.

Jelikož spektrum přesnosti ani variabilitu materiálových charakteristik modelů nelze pokrýt jedním strojem, má nabídka takto specializovaných dodavatelů 3D výtisků jasnou logiku. Jsou vybaveni různými zařízeními a dokážou tak rychle a flexibilně reagovat na rozličné požadavky.

Daniel Adam z MCAE Systems zase hranici pro to, kdy je vhodné pořídit si vlastní produkční 3D systém, hodnotí z finančního hlediska – uvažovat o takové investici je podle něj rozumné, pokud za 3D výtisky platíte od tisíce korun v průměru za den.

Zároveň zdůrazňuje, že je chybou soustředit se při posuzování nákladovosti 3D tisku přespříliš na cenu materiálu: „Je špatně, pokud porovnáváte nákladovost 3D tisku například proti obrábění tak, že proti sobě stavíte jen cenu za materiál. Objektivně vzato je nutné srovnávat celkovou kalkulaci těchto procesů se zahrnutím všeho od zadání vstupů do obdržení výsledku.“

Pro lepší představu, základní plasty používané k produkčnímu 3D tisku metodou FDM, se prodávají za ceny zhruba od 5000 Kč za kilogram. Profesionální sady bývají dražší než obdobný druh materiálů určený pro spotřebitelské 3D tiskárny, jelikož nabízejí vyšší kvalitu a také lepší zabezpečení cívek s materiálem proti jeho poškození, například vzdušnou vlhkostí.

V případě špičkových materiálů, jako je Ultem s tepelnou odolností do 170 °C, nebo polyfenylsulfon (odolný do 200 °C), poskytující prvotřídní rozměrovou stabilitu, a také chemickou odolnost, pak cena vzrůstá asi na dvojnásobek.

Materiál není zásadní položka

Na rozdíl od objemových dílů vzniklých obráběním se modely vytvářené 3D tiskem nejčastěji vyrábějí jako voštinové – při požadované pevnosti jsou tedy velmi lehké a spotřebují jen minimum materiálu. Jeho cena potom nemusí tvořit rozhodující nákladovou položku, což platí i pro rozměrné, ale tenkostěnné díly.

Větší roli může sehrát v nákladovosti čas nezbytný pro stavbu modelu. Tím pádem pomalé zařízení s levným materiálem může být méně výhodné, než dražší stroj s materiálem kvalitnějším. V procesu vývoje nových výrobků je čas stejně důležitým parametrem jako kvalita. Uvedení nového produktu na trh se zpožděním může znamenat obrovské finanční ztráty pro celou firmu nebo v nejhorším případě ztrátu celé zakázky.

Z pohledu ostatních dostupných technologií se 3D tisk ve výrobě jeví nejefektivnějším zejména u složitých dílů. V mnoha oblastech již směle konkuruje některým doménám CNC obrábění – například v kusové výrobě přípravků, slévárenských forem, modelů pro přímé lití atd.

Produkty 3D tisku vyvedené z nejkvalitnějších plastů jsou s úspěchem využívány nejen jako prototypové, ale také jako finální díly zařízení s malou sériovostí, nebo například přípravků a šablon používaných v automobilovém průmyslu, kde nahrazují výrobky z hliníkových slitin. Zde je velkou výhodou rychlá modifikovatelnost těchto dílů v procesu změnových řízení, okamžitá dostupnost v řádu několika hodin a s tím spojená redukce skladovacích prostor.

V mnoha případech, například z oblastí kreativního designu nebo medicínských aplikací, pak pro 3D tisk dokonce neexistuje jakákoliv alternativa – představuje pro ně jedinou možnost, jak dosáhnout výsledku. Otázka okamžitých finančních nákladů je tak mnohde méně důležitá než to, že díky 3D tisku najednou dokážete věci, na něž jste si dříve netroufali ani pomyslet.

Trochu drahé hračky

Jestliže vás 3D tisk láká čistě ze zájmu a nemyslíte si, že byste dokázali využít profesionální řešení popisovaná v článku, možná právě vám by mohla vyhovovat některá z mnoha spotřebitelských 3D tiskáren, s nimiž se v posledním roce takříkajíc „roztrhl pytel“.

Mnohé z nich vycházejí z opensourcové platformy RepRap, kterou se inspirují, nebo na ní prostě parazitují, jiné přivádějí na svět zavedené firmy a obsahují skutečně profesionální technologie, jen například v miniaturizovaném provedení.

Hotová přehlídka 3D tiskáren byla k vidění na veletrhu spotřební elektroniky CES 2013 v Las Vegas, kde se svým produktem pokoušela zaujmout většina těch, kdo na tomto trhu chtějí dosáhnout komerčního úspěchu.

Hovoříme zde o zařízeních, jež modely „tisknou“ z plastových materiálů ABS a PLA a největší rozměr stavěcí komory, jenž je rozhodujícím parametrem pro maximální velikost výrobku, jen zřídkakdy přesahuje 25 centimetrů (obvyklá je nejčastěji jen poloviční hodnota z uvedené).

Navzdory radikálnímu poklesu cen technologií 3D tisku však ani tyto „levné“ 3D tiskárny zatím nedosahují úrovně přijatelné pro to, aby se mohly výrazněji prosadit v domácích podmínkách. Pomineme-li nejlevnější RepRap, který (když si jej sami sestavíte) vyjde jako nesložená stavebnice na 600 dolarů, už jeho komerční odvozeniny jsou prodávány za dvojnásobek této sumy a více.

Designově vytříbené 3D tiskárny zvučných značek, jež se často objevují v magazínech o populární vědě a technice, jsou ještě výrazně dražší – MakerBot Replicator 2 můžete mít za 2800 dolarů, Form 1 za 3300 dolarů a profesionální miniaturu CubeX od 3D Systems za dva a půl až čtyři tisíce dolarů. Ceny v korunách po přičtení cla, DPH a tradiční „evropské přirážky“, kdy bývá dáván kurs dolaru k euru 1:1, pak z těchto přístrojů činí artikl, který si zatím dovolí jen málokdo.

Napsal Jan Homola. Obrazový doprovod: (1) Stratasys, (2) GE Aviation, (3) EOS, (4) archiv autora.

www.3D-tisk.cz