Téma 3D tisku rezonuje společností několik posledních let, podobně jako nyní téma umělé inteligence. Snad každý slyšel o 3D tisku ochranných štítů v době nástupu covidu-19, tisku domů, komponentů pro drony během konfliktu na Ukrajině nebo klíčenek. 3D tisk už dávno není jen technologií pro výzkum, vývoj a prototypování. Stává se ceněným výrobním nástrojem.
Oblasti využití 3D tisku ve výrobě
3D tisk má plnohodnotnou a v řadě případů i nezastupitelnou roli ve čtyřech hlavních oblastech. Základním předpokladem pro průmyslový 3D tisk je využití průmyslových 3D tiskáren, nikoliv stolních zařízení určených pro hobby účely. Rozdíl je nejen v objemu a rychlosti produkce, nabídce materiálů, ale především vysoké kvalitě povrchu, přesnosti a mechanických vlastnostech.
1. Náběhová výroba
Velkou výhodou 3D tisku je velmi rychlé zahájení výroby v porovnání s tradičními metodami. Například při výrobě plastových dílů produkovaných běžně vstřikováním, může výroba formy trvat až několik měsíců. 3D tiskárna dokáže díly vyrábět v řádu hodin. 3D tisk je tedy ideální pro pokrytí doby, než naběhne běžná výrobní technologie.
Krásným příkladem náběhové výroby jsou ochranné masky proti covidu-19 vyvinuté ČVUT, které byly určeny pro nemocnice. Jejich výroba 3D tiskem pokryla prvotní období, než byly dovezeny do Česka v dostatečném množství kvalitní respirátory.
2. Sériová výroba menších a geometricky složitých produktů
3D tisk zatím nedokáže zajistit levnou výrobu statisícových nebo větších sérií plastových dílů. Na druhou stranu je nenahraditelný u složitých tvarů, které tradiční technologie nedokáže vyrobit. Při kusové výrobě nebo sérii s několika tisíci díly se ekonomicky nevyplatí výroba formy a 3D tisk má opět své uplatnění.
Výrobě ortetických pomůcek designovaných na míru pacientům se věnuje česká firma Invent Medical. Ta dlouhodobě využívá 3D tisk, protože jinými technologiemi nelze její produkty využívané po celém světě vyrobit. 3D tisk také je v tomto případě bezkonkurenční z pohledu rychlosti výroby. Rychlost nasazení ortetické pomůcky je pro pacienta velmi důležitá. Typickým příkladem je helmička (kraniální ortéza) pro děti, které se narodí s tvarovým defektem lebky.
3. Personalizovaná a malosériová výroba
Silnou stránkou 3D tisku je podobně jako u kusové výroby také malosériová produkce v řádu jednotek až tisíců kusů (podle geometrie dílu). Případně dílů, které jsou personalizovány, třeba jménem zákazníka.
Typickou ukázkou aplikace, v níž je 3D tisk bezkonkurenční technologií, je česká značka kol REPETE. Pro ručně vyráběné rámy jízdních kol z vysokopevnostní oceli výrobce využívá 3D tištěné inserty pro vedení kabeláže. Vzhledem k objemu roční produkce rámů by výroba formy pro vstřikování nedávala ekonomický smysl, a tak je 3D tisk na průmyslové technologii ideálním řešením.
4. Výroba náhradních dílů
Náhradní díly, jejich výroba a dostupnost, jsou častou slabinou řady produktů. Důvody jsou dva. Za prvé u řady produktů nebo strojů s delší životností se často daný díl již nevyrábí a není vůbec možné jej koupit. Druhým případem pak je situace, kdy jsou náhradní díly velice drahé nebo je nepřiměřeně dlouhá doba dodání. V takovém případě je 3D tisk často šikovným řešením, jak náhradní díl vyrobit. Jedné se totiž prakticky o kusovou výrobu popsanou výše.
Jako názorný příklad výroby náhradních dílů v Česku si můžeme uvést dopravce, který řešil problém s občasným rozbitím upevnění zpětného zrcátka u lokomotiv. Řešení nabízené výrobcem v podobě výměny kompletního zrcátka namísto drobného komponentu je velice drahé a neefektivní. Výroba několika kusů plastových dílů 3D tiskárnou je pro dopravce jasnou volbou. Tyto díly mohou být na skladě a jsou řádově levnější.
Plast funguje, jak je to s 3D tiskem kovů?
Všechny předchozí příklady ukazovaly, jak je využíván průmyslový 3D tisk z plastových materiálů. Jak je to ale s „kovovými“ 3D tiskárnami?
Existuje řada 3D tiskáren, která jako stavební materiál využívá kov. Jejich dosavadní využití v sériové výrobě je však omezené. Důvodem je jednak vysoká cena takto tištěných dílů, omezená nabídka materiálů, komplikovaná výroba a vysoké nároky na know-how. 3D tisk kovů je nyní využíván zejména pro velmi úzké aplikace (vývoj, letectví, další high-tech obory) nebo pro výrobu velkých dílů, kde se předpokládá jejich další obrobení. Příkladem jsou lodní šrouby v opravárenských podnicích u velkých přístavů.
Nepříliš známou, ale o to více zajímavou a cenově dostupnou technologií 3D tisku pro výrobu kovových dílů je 3D tisk forem pro následné odlévání. Tento přístup kombinuje 3D tisk a běžné výrobní metody (odlévání kovů) a spojuje tak výhody obojího. Tisknout lze formy jak pro odlévání do písku, tak i pro metodu ztraceného lití. Je možné využít výhody 3D tisku (rychlost výroby, složité tvary apod.) se standardními metodami (velký výběr materiálů), kdy odpadnou dosavadní limity „kovového“ 3D tisku.
3D tisk formy a následné odlití komponentů z hořčíkové slitiny využili studenti VUT v Brně při stavbě Formule Student, kdy takto vyrobili těhlice přední i zadní nápravy, držák sloupku řízení a vahadla zadního odpružení.
Zatímco kovový 3D tisk nyní ještě není ve fázi běžně využitelné firmami napříč obory kvůli ceně a technologickým omezením, je kombinace 3D tisku forem a následného odlévání velmi zajímavou, dostupnou a hlavně ověřenou alternativou, kterou využívá řada sléváren i v Česku.
Autor: Adam Řehák, aplikační inženýr ve společnostií 3Dees Industries s.r.o.
