3D tisk je rychle se vyvíjející technologie, která je v současnosti uznávána jako budoucnost malosériové výroby.
Nebylo to však vždy tak optimistické. Když se před několika desítkami let objevil 3D tisk, byl považován za spíše působivou, ale pomalou zajímavost, která nenajde skutečné uplatnění. Občas se používal pro design a prototypování, ale nikdy neměl být jednou ze základních výrobních metod.
Ti, kteří 3D tiskárnám nepředpovídali dobrou budoucnost, se však nemohli více mýlit. Během posledních 10 let se technologie 3D tisku - a to i v kovu - vyvinula natolik, že přilákala mnoho předních výrobců a nachází uplatnění v stále nových oblastech průmyslu.
3D tiskárny kovu
V posledních několika letech došlo k prudkému nárůstu nabídky i poptávky po 3D tiskárnách kovu. Výrobci neustále přicházejí s novými řešeními pro aditivní výrobu kovů, která jsou rychlejší, snazší na použití a efektivnější, a zároveň umožňují použití většího počtu různých kovů.
Z tohoto důvodu stále více společností využívá technologie 3D tisku kovů k výrobě kovových dílů a prototypů, a těží také ze zvýšené svobody designu vyplývající z samotné myšlenky aditivního tisku. Kovové 3D tiskárny se v současnosti používají v různých odvětvích, jako je letectví a kosmonautika, automobilový průmysl, lékařské přístroje, nástrojářství a další.
3D tisk
3D tisk, známý také jako aditivní technologie, je proces vytváření trojrozměrného objektu od základu, vrstvu po vrstvě. Obvykle začíná digitálním, trojrozměrným modelem součásti, který je digitálně "rozřezán" softwarem na mnoho velmi tenkých vrstev, přičemž tloušťka vrstev závisí na tvaru výrobku a typu použitého materiálu.
Dále se do tiskárny vloží surový materiál, obvykle ve formě prášku nebo granulí. Nejpopulárnějším materiálem je samozřejmě plast, ale stále častěji se používají i kovy jako hliník, titan, nástrojová a nerezová ocel, nikl, měď, bronz, kobalt a drahé kovy (zlato, stříbro, platina). Surový materiál je zahřátý na teplotu tání a aplikován strojem na pracovní plochu, vrstvu po vrstvě, dokud není vytištěn celý výrobek.
3D tisk kovu
Když se podíváme na rostoucí počet průmyslových a komerčních aplikací aditivní technologie, 3D tisk kovů je vždy v popředí. Je to jedna z nejrychleji rostoucích výrobních technologií. Nyní může být používána ve spojení s jinými technikami pro prototypování a malosériovou výrobu. V některých případech je kvalita 3D tištěných kovových objektů a efektivita tisku již srovnatelná nebo dokonce vyšší než u tradičních technologií.
3D tisk kovů se používá při prototypování a malosériové výrobě v kosmickém průmyslu, letectví, automobilovém průmyslu, strojírenství a při výrobě lékařských a laboratorních systémů.
Jak funguje 3D tisk kovu?
3D tisk kovů je široký pojem pro rodinu několika technologií. Jednoduše řečeno, jakákoli výrobní technologie, která umožňuje vytváření kovových objektů vrstvu po vrstvě pomocí tavení, svařování nebo spékání, může být označena jako proces 3D tisku kovů. Existuje skutečně mnoho řešení, která umožňují tisk v kovu, ale stojí za to - jako vždy - poznat ty nejčastěji používané.
Základní technologie 3D tisku
Při 3D tisku kovů se používají tři hlavní technologie:
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
- SLM (Selective Laser Melting)
- EBM (Electron Beam Melting)
DMLS 3D tisk
Direct Metal Laser Sintering neboli DMLS je nejpopulárnější metodou 3D tisku kovů. Laser se používá k spékání kovového prášku, vrstvu po vrstvě, k vytvoření tištěného dílu.
Materiály používané v této tiskové technice zahrnují širokou škálu kovových slitin, jako je maraging ocel, hliník, slitiny nikl-chrom Inconel 625, slitiny kobalt-chrom a titan.
Technika DMLS se používá k vytváření prototypů a strojních součástí. Lze ji použít k výrobě prvků s podřezy, prohlubněmi a různými úhly sklonu. Patří mezi ně lékařské přístroje, nástroje, prototypy a nářadí.
SLM 3D tisk
Selective Laser Melting neboli SLM, jak název napovídá, zahrnuje tavení materiálu. 3D tisk probíhá v prostředí inertního plynu. Z tohoto důvodu je kvalita 3D tisku SLM velmi blízká kvalitě dílů vyráběných metodami odlévání nebo kování.
Objekty vyrobené pomocí technologie 3D tisku SLM jsou velmi odolné. Z tohoto důvodu lze tuto technologii použít k výrobě mechanických dílů, jako jsou vrtule a ozubená kola, a také výrobků používaných v automobilovém, lékařském a leteckém průmyslu.
EBM 3D tisk
Technika Electron Beam Melting neboli EBM je podobná tisku SLM, ale místo laseru používá elektronový paprsek. Tato technologie je rychlejší a přesnější než tisk s pomocí laseru a výrobky s ní vytištěné jsou obecně odolnější než díly získané v jiných procesech tisku kovů.
Metoda EBM se používá hlavně pro výrobu předmětů z titanu a kobaltu a zahrnuje díly a součásti pro letadla, vesmírné raketoplány, rakety a motory.
Výhody 3D tisku kovů
Velkou výhodou 3D tisku kovů je svoboda designu. 3D tisk dává výrobcům schopnost vyrábět prvky s extrémní geometrickou složitostí, které buď nelze vyrobit, nebo je velmi obtížné je vyrobit pomocí tradičních obráběcích technik.
Minimální odpad: Ve většině případů je jediným materiálem potřebným k tisku výrobku ten, který je použit v hotovém výrobku. Kromě toho prakticky neexistuje přebytečný materiál a jakékoli zbytky lze znovu použít nebo recyklovat. To samozřejmě znamená nižší náklady na výrobní proces.
Jednostupňová výroba: během procesu 3D tisku pracuje stroj automaticky, bez dohledu operátora. To znamená, že jeden operátor může současně obsluhovat více tiskáren, což umožňuje snížit náklady na pracovní sílu. Závislost na jiných tradičních výrobních procesech, jako je řezání, frézování a svařování, je také snížena, protože celý výrobní proces probíhá v jednom stroji.
Kromě toho jsou kovové 3D tiskárny mnohem menší než většina pokročilých CNC strojů, což znamená, že zabírají méně místa ve výrobní hale. Umožňují také zkrátit dobu výrobního procesu.
Kromě toho 3D tisk kovů:
- Umožňuje rychlejší výrobu složitých dílů ve srovnání s tradičními výrobními metodami.
- 3D tisk kovů je levnější než tradiční techniky
- V závislosti na zvolené technologii umožňuje 3D tisk kovů přesnou výrobu objektů s velmi složitou geometrií.
- I v případě velmi složitých návrhů jsou získány díly s extrémně vysokou pevností. To je jeden z důvodů, proč jsou 3D tištěné komponenty vysoce poptávány v leteckém, kosmickém a vojenském průmyslu.
- 3D tisk kovů negeneruje materiálový odpad, na rozdíl od tradičních výrobních metod.
Stručně řečeno, 3D tisk kovů je ideální technika pro vytváření složitých dílů, které je obtížné vyrobit pomocí tradičních technologií, nebo když by taková výroba byla neefektivní.
Budoucnost 3D tisku
V budoucnu bude mnoho "nevýhod" 3D tisku minimalizováno nebo zcela odstraněno, jak se technologie stane rozšířenější. A jak návrháři nezahálejí a inovace se objevují jako houby po dešti, cena samotných 3D tiskáren také klesne.
Nové tiskárny budou také schopny používat více typů materiálů a stanou se rychlejšími. Proto projekty, které v současnosti trvají dny, budou dokončeny během hodin nebo dokonce minut.
V příštích letech bude 3D tisk nadále vyvíjet a měnit výrobní krajinu. Bude tvořit základ pro zakázkovou a malosériovou výrobu. Bude také používán v hromadné výrobě v mnoha průmyslových odvětvích, jako je automobilový průmysl, letectví, zdravotnictví a další.