3D tisk míří k sériové výrobě. Přizpůsobují se tomu tiskárny i jejich software

Technologie 3D si už několik desetiletí skvěle rozumí s automobilovým průmyslem. Nejenže se 3D tisk využívá při testování prototypů dílů například v interiérech vozů, prostorová data získaná z 3D optického měření jsou i důležitým nástrojem pro reverzní inženýrství. Návštěvníci brněnského strojírenského veletrhu tak mohou obdivovat zmenšený automobilový skvost Škoda Sport – typ 966, který byl v roce 1949 vyroben jako jeden ze dvou sportovních vozů. Společnost MCAE Systems dokázala pomocí 3D tisku a dalších technologií vytvořit jeho model stejně jako před několika lety model vozu Aero 50 Dynamik, který na světě zůstal pouze ve dvou kusech.

„Materiály mají omezenou životnost. 3D technologie pomáhají vytvářet modely vozů i dalších zařízení a archivovaná data se v budoucnu mohou využít pro výrobu náhradního dílu. A nejen to. Naši odborní technici se už několikrát zapojili do projektů, ve kterých vyrobili či pomohli vyrobit prototypový díl určený pro testování nového tvaru karoserie, disků kol nebo jiných součástí,“ říká Miloslav Drápela, ředitel společnosti MCAE Systems, zabývající se 3D technologiemi ve spolupráci s výrobcem tiskáren Stratasys.

Brněnská firma KT Motorsport tak využila dovedností společnosti pro tuning svých závodních strojů. Pro Lotus Evora 400 vytvořila MCAE Systems prototyp nového zadního křídla s vestavěným brzdovým světlem a krycí mřížky v zadním nárazníku. Stejně jako v případě modelu Škody Sport bylo využito 3D optického měření, modelování v počítačovém programu, reverzního inženýrství a 3D tisku. Díky těmto postupům a technologiím se zajistilo přesné napasování zhotovených prototypů na původní karoserii vozu. Výhodou je výrazné zkrácení procesu vývoje z měsíců na dny. Funkčnost konstrukce se navíc může snadno ověřit bez investic do drahých forem na odlévání dílů, což se děje v případě tradiční výroby.

Podobně došlo k rekonstrukci modelu ručně vyrobeného prototypu plováku katamaránu. Použitý skener je velmi lehký, takže se s ním jednoduše pracuje i ve ztížených podmínkách, kde není mnoho prostoru, tak jako uvnitř plováku. Samotné měření zabralo technikům osm hodin a následně několik dní úpravami v softwaru. Společnost tak ušetřila několik hodin náročné manuální práce.

Tiskové farmy šetří náklady i čas

3D tisk nemusí být využíván jen pro výrobu jednotlivých dílů či testovacích prototypů. Použití nových technologií, zejména práškového tisku, a zvětšující se plochy tiskáren nyní umožňují také sériový 3D tisk plastových i kovových dílů, například drobnějších součástek do automobilů nebo k uchopovačům robotů, případně menších strojírenských částí. Díky práškové metodě se tiskne i několik stovek dílů v jedné komoře najednou.

Sériový tisk tak dává prostor dalším prvkům digitalizace, kterými jsou automatizace a robotizace. Ty jsou většinou využívány v postprodukci, jako je barvení nebo úprava povrchu, či k dalšímu nakládání s vytištěným materiálem. Zatím však nejsou využívány v takové míře jako v jiných průmyslových oblastech.

„Pro samostatně pracující 3D tiskárny není v tuto chvíli robotizace pro manipulaci dílů po 3D tisku nutná, protože doby tisku jsou ještě pořád relativně dlouhé. Z důvodu narušení plynulosti globálních dodavatelských řetězců však mnoho nadnárodních výrobců rozjelo projekty velkého nasazení decentralizovaných tiskových farem, kde automatizace výrazně šetří personální náklady a umožňuje 24hodinový provoz sedm dní v týdnu,“ popisuje Miloslav Drápela z MCAE Systems.

Tyto koncepty automatizace už existují. „Nové generace 3D tiskových platforem budou zahrnovat několik pracovních buněk, každou specializovanou na určitý krok v 3D tiskovém procesu. Buňky budou navzájem propojené a řízené softwarovou platformou napojenou na zákazníkův systém řízení výroby,“ doplňuje Drápela.

Směřování k sériovému tisku tak není výzvou pouze pro výrobce tiskáren, ale také pro dodavatele softwarů či postprocesních řešení. „Software se doposud nejvíce využíval pro návrh, přípravu a kontrolu modelů pro 3D tisk. V tom vývoj samozřejmě stále pokračuje. Pokud ale mluvíme o sériové výrobě, je nutné mít informační systém, který ji celou dobu hlídá. Používáme termín 3D digitální výroba. Dnes v jedné tiskárně můžeme mít zakázky třeba od třiceti klientů.

Na to už nestačí excelovská tabulka. Proces příprav i tisku sleduje právě software podobně jako postprodukci. Některé díly se například dále barví, jiné ne. V systému jsou čitelné i informace o nákladech či vyskladnění objednávek,“ popisuje Ondřej Štefek, spoluzakladatel a provozní ředitel společnosti 3Dees Industries, jež instaluje a servisuje 3D tiskárny HP Jet Fusion.

Česká firma Invent Medical takto vytvořila 3D digitální výrobu vybudováním sítě zahraničních partnerů, kteří lokálně tisknou ortézy pro malé děti na stejné technologii od HP. Všude po světě je tak zajištěna totožná kvalita a mechanické vlastnosti výtisků. Firma v Ostravě zpracovává data nasnímaná lékaři a nazpět posílá 3D modely, které tisknou lokální partneři, a ortézy tak rychle dodají malým pacientům. Ortézy jsou často velmi tenké, musí být jemné na omak, velmi pružné a zároveň snést velký tlak. Jako materiál se proto používá speciální polyamid, který je odolný a pružný zároveň.

Realistické anatomické modely

Novodobé technologie umožňují také kombinace více materiálů. Na tiskárně Stratasys J750 Digital Anatomy je možné tisknout například odolný plast uvnitř dílu a pružný materiál, gumu, na vnější straně. Tato tiskárna zhotovuje plně barevné, multimateriálové prototypy a díly v rámci jedné tiskové úlohy. Dokonale realistické anatomické modely jsou svým tvarem, biomechanikou i schopností simulace dokonalou kopií lidského orgánu či tkáně. To výrazně urychluje tvorbu modelů především v oblasti medicíny a pomáhá zlepšovat připravenost chirurgů a jejich zaškolení.

Kromě toho lze tisknout i reálně využitelné náhrady. Tiskárnu Stratasys J750 využil například zrakově postižený student Vysokého učení technického v Brně (VUT) Ondřej Vocílka k výrobě oční protézy, které se standardně vyrábějí ručně ze skla či akrylátu. Výsledný estetický dojem tak závisí zejména na zkušenostech a šikovnosti protetika. Nejnáročnější částí ruční výroby je duhovka, protože se musí co nejvíce podobat zdravému oku pacienta. Toho je však konvenčními způsoby obtížné dosáhnout. Pomocí skenování a 3D tisku se však protéza lidskému oku výrazně přibližuje.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Strojírenský veletrh.