Co je aditivní výroba?

Tavení v práškovém loži (PBF)

Tavení na bázi práškového lože (DIN: Powder Bed Fusion) je dominantním procesem v kovoprůmyslu. Součásti se vyrábějí vrstvením materiálu po vrstvách. Jednotlivé vrstvy odpovídají vodorovným "řezům" trojrozměrného obrazu CAD součásti, která má být vyrobena. Z těchto vrstev se pak vypočítá řídicí program, který přes tyto řezy s vysokou přesností nasměruje laserový nebo elektronový paprsek, aby došlo k natavení materiálu po celém jejich povrchu. Plocha přilne k předchozí vrstvě a při ochlazování materiálu ztuhne. Po roztavení vrstvy se nanese nová vrstva prášku. Společnost DMG MORI je na trhu úspěšně zastoupena řadou LASERTEC SLM.

Vytlačování materiálu (MEX)

Při vytlačování materiálu se materiál selektivně dávkuje přes trysku nebo otvor. Pohyblivá tryska, známá také jako extrudér, nanese vrstvu materiálu, načež se buď extrudér, nebo stavební plošina zvedne nebo spustí a proces se opakuje. Pomocí technologie MEX lze tisknout různé materiály. Většinou se jedná o termoplasty (např. ABS, nylon, PEEK, PLA). Obecně lze vytlačováním materiálů zpracovávat materiály podobné pastě. Patří mezi ně beton nebo keramika, ale také potravinářské výrobky, jako je čokoláda nebo těsto.

Kádinková fotopolymerizace (VPP)

V procesu VPP (DIN: fotopolymerizace na bázi lázně) se tekutá polymerní pryskyřice selektivně vytvrzuje v nádrži polymerizací aktivovanou světlem. Dva běžné typy VPP používají jako zdroj energie pro vytvrzení pryskyřice buď laser, nebo světelné diody (LED) ve spojení s digitálním zpracováním světla (DLP). Systémy VPP na bázi laseru obvykle vytvrzují jednu vrstvu předtím, než se objem sestavy sníží a na sestavovací plochu se nanese nová vrstva tekutého fotopolymeru.

Binder Jetting (BJT)

Při tryskání pojiva (DIN: aplikace pojiva volným proudem) tisková hlava nanáší na materiál kapičky pojiva a spojuje částice do předem určeného vzoru. Zpracovávat lze polymery, kovy, keramiku nebo písek. Po dokončení vrstvy se tisková plošina posune dolů a na konstrukční plošinu se nanese nová vrstva prášku. Díly vyrobené procesem tryskání pojiva obvykle vyžadují následné zpracování, aby se zlepšily jejich mechanické vlastnosti. To může zahrnovat přidání dalšího lepidla nebo umístění dílu do pece, aby se částice spekly.

Tryskání materiálu (MJT)

V procesu MJT (DIN: nanášení materiálu volným paprskem) jsou kapičky fotopolymeru nebo jiného materiálu podobného vosku selektivně nanášeny prostřednictvím tryskových hlav. K vytvrzení a ztuhnutí materiálu se používá UV světlo. Po vytvrzení vrstvy nanášejí trysky tiskové hlavy vrstvu po vrstvě nový materiál. Tento proces lze použít k tisku různých kombinací materiálů a vytvořit tak různé vlastnosti materiálu nebo barvy v celém dílu.

Řízené nanášení energie (DED)

V procesu Directed Energy Deposition (DIN: nanášení materiálu s usměrněným přívodem energie) se materiál taví působením usměrněné tepelné energie. Výchozím materiálem je buď kovový prášek, nebo drát. Tento proces vytváří díly téměř síťového tvaru a obvykle vyžaduje obrábění, aby bylo dosaženo požadovaných tolerancí. Z tohoto důvodu se proces DED často kombinuje s frézovacím strojem (společnost DMG MORI jej uvádí na trh jako hybridní řadu LASERTEC DED). Procesem DED lze také obrábět více než jeden materiál. Zvláštností je, že jej lze použít i k opravě poškozených dílů nanesením materiálu přímo na poškozená místa.

Laminace plechů (SHL)

Laminování plechů (DIN: layer lamination) je spojování součástí skládáním a laminováním tenkých vrstev materiálu pomocí lepidla nebo svařování. Mezi materiály, které lze laminovat, patří kov, papír, polymery nebo kompozity. Obrysy vrstev se obvykle vytvářejí v procesu obrábění před nebo po nanesení vrstvy nebo materiálu. Možné varianty procesu jsou ultrazvuková aditivní výroba (UAM), selektivní depoziční laminace (SDL) nebo výroba laminovaných objektů (LOM). Ve srovnání s jinými aditivními technikami jsou tyto procesy relativně levné a rychlé, ale nabízejí také méně přesný design.

Aditivní výroba: slibná technologie

Obrovská všestrannost aditivní výroby se projevuje v rozmanitosti tvarů a materiálů, které lze zpracovávat. Díky tomu se aditivní výroba již prosadila v mnoha oblastech použití, jako je strojírenství, výroba nástrojů a forem, zdravotnická technika a letectví. Při pohledu na pozoruhodný potenciál technologie 3D tisku je tato technologie stále na počátku svých možností. Celkově se o ní říká, že má sílu hluboce a trvale změnit průmyslovou výrobu - vždy se řídí vizí možnosti vyrábět individualizované výrobky na míru rychle a s nízkými náklady. Materiály, velikost součástek, přesnost, spolehlivost a opakovatelnost jsou jádrem vývojového procesu. Mezi další výzvy patří automatizované následné zpracování, standardizace postupů aditivní výroby a testování a školení operátorů a inženýrů odpovědných za návrh a konstrukci aditivních dílů, CNC strojů a obráběcích center.

Všestrannost přesahující průmyslové využití

Příběh aditivní výroby se neomezuje pouze na průmysl. Například v medicíně je možné využití od vzdělávání a diagnostiky až po přípravu chirurgických zákroků a výrobu jednotlivých lékařských implantátů a protéz. Velké naděje se vkládají také do vize "bioprintingu", "tisku" vlastních tělesných buněk. 3D tisk s organickými materiály je však stále ve fázi základního výzkumu.

Ve stavebnictví a architektuře jsou možnosti aditivní výroby hmatatelnější, a proto i snáze představitelné. Výroba 3D konstrukčních modelů pro plánování staveb je již běžná. Dokonce ani tisk pláště domu již není utopickým snem. Produktivita, automatizace cnc a ekologické výhody aditivní výroby jsou hnací silou zavádění těchto aplikací.

Aditivní výrobní procesy vyvolávají zájem o technologie a inovace

3D tisk a aditivní výroba jsou stále populárnější i v soukromém sektoru. Svědčí o tom nejen obliba zhmotněných selfie, ale také tiskárny nabízené diskontními prodejnami a četné 3D komunity, kde vynálezci sdílejí triky a data. Kolem aditivních výrobních procesů panuje obecně pozitivní nálada, což má cenný vedlejší efekt v podobě zvýšení zájmu o technologie a inovace ve společnosti. Nespočet drobných příkladů ze soukromého sektoru jasně ukazuje, jak může 3D tisk výrazně snížit dopad na životní prostředí díky nízké spotřebě energie a materiálu a menšímu množství odpadu při výrobě na míru.