murr Schunk

Současný stav a trendy v oboru 3D tisku kovů

Čekání na novou motivaci - tak lze stručně charakterizovat současný stav na trhu 3D tiskáren. I přes gloriolu nové převratné technologie dochází v posledních třech letech k poklesu cen akcií předních světových výrobců. 

 
Zdá se, že trh stolních tiskáren je saturován a v průmyslovém užití zejména v oblasti 3D kovového tisku, který naopak výrazně roste, se čeká na nové aplikace, ale především na systémy stabilizace provozní spolehlivosti a zajištění trvalé kvality aditivně zhotovených finálních produktů. Budiž v této souvislosti řečeno, že hlavními iniciátory rozvoje nových aplikací jsou obory, které se bez prokázání vysoké kvality a spolehlivosti neobejdou. Obory letectví a kosmonautiky, medicínský průmysl a energetika je na prokázání kvalitativních parametrů zcela závislá a lze očekávat silný a vytrvalý tlak z této strany na rychlé dořešení všech s kvalitou souvisejících problémů.  
Ačkoliv se systémy aditivní výroby těší popularitě díky svým potenciálním možnostem, rozvoj aditivní výroby neprobíhá tak rychle, jak by se dle publicity dalo očekávat. Přeci jenom vyřešit výše popsané cíle je mnohem složitější, než článkem popsat očekávání. To vyplývá i z výsledků analýz nasazení systémů aditivní výroby (polymerních společně s kovovými):
 
Funkční součásti                 32 %
Upevňovací a montážní pomůcky 16 %
Věda a vzdělávání                 10 %
 
A pak se zhruba stejným podílem dělí vizualizace, prezentační modely, prototypy vč. forem, a vzorky odlitků a jader.
Zajímavou aplikací mezi polymerním tiskem se v poslední době stává takzvaný Biotisk, kde se experimentuje s tiskem živých tkání. 
Z celosvětových šetření vyplývá rovněž velký (až trojnásobný) odstup USA v instalacích systémů aditivní výroby oproti jednotlivým státům zbytku světa. 
 
O čem vlastně hovoříme v souvislosti s technikou aditivní výroby
Současné systémy mají mnoho společného. Například vstup do systému sestává z dat 3D modelu a ke stavbě dochází spojováním materiálu v postupných vrstvách. Aditivní technologie mohou být rozděleny do sedmi výrazně se odlišujících procesů. (dle normy ISO 52900-1)
■ Vytlačování materiálu - aditivní výrobní proces, ve kterém je materiál selektivně dávkován přes trysku nebo distribučním otvorem,
■ Nanášení  tryskáním - aditivní výrobní proces, při kterém jsou kapičky materiálu ukládány selektivně,
■ Tryskání pojiva - aditivní výrobní proces, ve kterém je tekuté pojivo selektivně nanášeno za účelem spojení práškových materiálů,
■ Laminace plátů - aditivní výrobní proces, v němž pláty materiálu jsou spojovány tak, aby vytvořily modelovanou součást,
■ Fotopolymerace - aditivní výrobní proces, při kterém je fotopolymerní kapalina v nádobě selektivně vytvrzována polymeračním světlem,
■ Spékání práškové vrstvy - aditivní výrobní proces, ve kterém tepelná energie selektivně spéká oblasti práškové vrstvy,
■ Přímé energetické nanášení - aditivní výrobní proces, ve kterém se materiál natavuje soustředěnou tepelnou energií a je polohově nanesen. 
 
              
 
Lze očekávat, že současné výzkumné a vývojové činnosti přinesou do budoucna nové procesy, o které se bude muset zmiňovaná norma rozšířit.
Nejrozšířenější v oblasti kovových aditivních výrob jsou systémy spékání kovových prášků ve vrstvách. Zdrojem energie u většiny procesů práškového spékání je buď laser nebo elektronový paprsek. Laserové systémy spékání obecně produkují lepší povrchovou jakost a jemnější provedení detailů než systémy s elektronovým paprskem. Systémy s elektronovým paprskem jsou poněkud dražší, ale jsou rychlejší. Systémy s elektronovým paprskem také produkují méně zbytkových napětí v součástech, což vede k menším nepřesnostem a nevyžadují tak často kotvení ani podpůrné struktury.
Instalace kovových systémů aditivní výroby sice v posledních letech exponenciálně narůstá avšak pohybuje se stále v řádu tisíců kusů  ročně.
 
Jaké výhody přináší kovová aditivní výroba?
Úvodem je třeba předeslat, že prostý přechod ze zavedené výroby na výrobu aditivní bude při stávajících cenách kompletního pracoviště jen zřídkakdy úspěšný.
 - Výroba bez nástrojů
 - Agilní výrobní procesy
 - Snížení zásob a snižování počtu komponentů
 - Odlehčení součásti

Aditivní výroba je nepochybně drahá, ale je používána k výrobě stále většího počtu dílů a výrobků. Klíč k úspěchu spočívá v komplexním a realistickém propočtu nákladů v rozhodovacím procesu o jejím pořízení. Rozhodnutí investovat do nákupu nebo služeb kovové aditivní výroby se obvykle točí kolem tří základních posouzení: 
1. Přinese nová metoda zlepšení kvality nebo vlastností finální součásti?
2. Zlepší nová metoda celkové náklady na výrobu?
3. Díl bude vyroben rychleji - buď ve vztahu k požadavku trhu, nebo ve vztahu k původní výrobě. 

Výroba kompletní součásti pomocí aditivních procesů přináší nejen výhody, ale i příležitosti a výzvy
 pro návrháře. Konstruktéři musí změnit způsob, jakým přistupovat k designu. V minulosti byla konstrukce omezena výrobními možnostmi tak, aby konečné tvary součásti byly jednoduché.
Základním předpokladem nasazení aditivní výroby spékáním práškových vrstev kovů je zajištění trvalé kvality výroby. Monitorování vlastního procesu se zaměřuje na všechny faktory ovlivňující jistotu výroby kvalitního dílů. Veškeré výrobní metody konkurující aditivní výrobě mají zaveden propracovaný systém jakosti kontroly. Průběžné sledování celého procesu zhotovení dílů aditivní metodou na úrovni současných kontrolních postupů konvenční výroby je jedinou cestou získání důvěry. Pak je možné odpoutat se od země a letět do světa nových možností aditivní výroby.
 
Ing. Ondřej Svoboda, Misan

 
Publikováno: 29. 11. 2016 | Počet zobrazení: 1367 článek mě zaujal 206
Zaujal Vás tento článek?
Ano