Jak vybrat správnou 3D tiskárnu
K čemu je 3D tisk vůbec dobrý? Jak mi pomůže s mými koníčky, při podnikáním, s vývojem a výrobou u nás v podniku? Podobné otázky uslyšíte stále častěji – ne vždy ale následuje odpověď. Ačkoli každý z nás řešíme jinou potřebu, se kterou nám 3D tisk může pomoci, pokusili jsme se nejčastější otázky zodpovědět a další zdroje i odkazy budeme průběžně doplňovat. 3D tisk je tu s námi už bezmála čtyři desetiletí – a nejen v době koronakrize prokázal, jak užitečný umí být v rukou nadšenců, talentovaných inovátorů i zkušených profesionálů. Příjemné čtení a hodně osvěžující seberealizace nad výtisky!
3D tisk: otázky a odpovědi
Se kterou technologií 3D tisku a materiálem začít?
Velmi závisí na vaší představě o výtisku – v jak náročném prostředí a k jakému účelu má sloužit. Už samotný materiál, ze kterého se tiskne, výrazně ovlivňuje odolnost, pevnost a další mechanické vlastnosti. Výtisky mohou být velmi křehké i tvrdé, houževnaté i pružné, izolující, vodivé, vyztužené, samozhášivé, bránící přenosu elektrického náboje, odolávající vlivu povětrnosti i chemikálií a podobně.
Protože neexistuje jediná metoda 3D tisku, která umí vše – je praktické začít s univerzálními, přístupnějšími metodami 3D tisku (z pohledu investice i komfortu uživatele) a pro specifické potřeby pak volit specializované tiskárny a materiály. Velmi výhodné, zvláště ve výrobním prostředí, je kombinovat různé přístupy a využít z každého materiálu ty vlastnosti, ve kterých vyniká.
Naše tipy:
Tisk z roztavených termoplastů, známý pod zkratkami FFF/FDM a charakteristický strunami materiálu namotanými na cívkách, je dnes nejrozšířenější a nejdostupnější metodou. Materiál je po zahřátí pokládán tryskou na podložku, postupně vrstvu po vrstvě. Uplatňuje se jak u hobby uživatelů, tak i v průmyslu a výrobě, ve vědě i výzkumu. Jde o vůbec nejvšestrannější metodu tisku s nejširší nabídkou jedno- i vícemateriálových 3D tiskáren i materiálů. Rozhodně neuděláte chybu, začnete-li (doma i v podniku) právě s touto technologií.
Tisk z pryskyřic (SLA/LFS/DLP) je nejstarší metodou 3D tisku vůbec. Až v posledních letech si mimo průmysl, design výrobků či lékařství nachází širší uplatnění také u menších týmů a pokročilých hobby uživatelů. Na světlo citlivé pryskyřice vytvrzuje laser či displej, výtisky jsou velmi detailní, s hladkými povrchy. I zde dnes najdete dostupné i univerzální 3D tiskárny, nicméně práce s tekutými pryskyřicemi a chemickými čističi už vyžaduje více pozornosti.
Tisk z kompozitů se spojitou výztuží (FFF + CFF) je výbornou zprávou pro všechny uživatele tiskáren na termoplasty, kteří už nevystačí s pevností výtisků, stejně tak i pro obráběče kovů, kteří potřebují lehké, přitom stále ještě odolné díly. Spojitou výztuž z karbonu (a dalších materiálů), kterou specializované 3D tiskárny vkládají po vrstvách během tisku do základního materiálu (nylonu), dokáže zásadním způsobem posílit mechanické vlastnosti dílu – v tahu třeba až na 23násobek známého termoplastu ABS.
Tisk kovů ze strun na cívkách (ADAM) je dostupnější alternativou pro tisk běžně velkých dílů z kovových prášků. Využívá osvědčeného pokládání roztaveného materiálu tryskou po vrstvách (jako u termoplastů), nicméně ke vzniku celokovového dílu dochází až v posledním kroku – slinutím materiálu v peci.
Tisk z práškových materiálů za pomoci laseru (SLS/SLM/DSLM) patří mezi nejvýkonnější a také nejdražší technologie vůbec. Takto vyrobené kovové díly se využívají mj. v automobilovém či leteckém průmyslu jako finální. Slinutí/spékání práškových materiálů výkonnými lasery se liší mj. použitým materiálem – od polyamidů až po kovy a jejich speciální slitiny.
Jak poznat spolehlivou 3D tiskárnu?
I cesta může být cíl, zpívá se v oblíbené písni – a pokud jste nadšenec a ze součástek skládáte či vylepšujete vlastní hobby 3D tiskárnu, je to bezpochyby pravda. Pokud však k 3D tiskárně přistupujete jako k nástroji, který vám pomáhá zhmotnit nápad či dokonce zajišťuje výrobu důležitých dílů, třeba pro podporu výroby v průmyslu či k provedení operace ve zdravotnictví, získávají na důležitosti provozní vlastnosti tiskárny a jejího příslušenství.
Pokud to s 3D tiskem myslíte vážně a potřebujete se na něj spolehnout, zkuste při výběru zařízení zvážit všechny klíčové vlastnosti, zdaleka nejen pořizovací cenu. Například:
- provozní spolehlivost (vlastní test, zakázkový výtisk na vyhlédnuté tiskárně, reference a recenze, pověst značky),
- předvídatelnost a opakovatelnost tisku (i podvacáté získáte stejně kvalitní výtisk, navíc včas a podle plánu),
- provázanost a odladěnost hardwaru, softwaru a materiálů (z dané tiskárny rychle získáte maximum),
- potřebné funkce (pokročilé možnosti znamenají vyšší uživatelský komfort, omezení lidské chyby, tvarovou svobodu apod. – viz také níže),
- rozšiřitelnost (přídavné moduly, snadná další propojená tiskárna v budoucnu atd.),
- rychlá a účinná podpora (od té komunitní u hobby stavebnic až po vstřícný servis a technickou podporu dodavatele u zařízení pro profesionály a firmy, kde se každá minuta počítá),
- univerzálnost tiskárny (např. otevřenost pro širokou nabídku náročnějších materiálů externích výrobců),
- návratnost investice (neváhejte se poradit se specialisty, aby vybraná technologie a tiskárna odpovídaly zamýšlenému projektu),
- poměr možnosti/cena (výhodná koupě je ta, se kterou nepodstřelíte, ani zbytečně nepřestřelíte),
- provozní náklady (nenechte se zaskočit třeba nečekaně rozsáhlým servisem a drahým spotřebním materiálem),
- vlastní tiskárna vs. zakázkový tisk (externí služby se vám budou hodit i nárazově, pokud budete potřebovat technologii, kterou zrovna nemáte a ještě se vám ji nevyplatí pořizovat),
- bezpečnost (zařízení musí být schválené pro provoz v EU, ideálně certifikované výrobcem pro provoz bez trvalého dozoru).
Naše tipy:
Spolehlivost a předvídatelnost: Pokud se můžete spolehnout, že 3D tiskárna vyrobí, co má, jste schopni lépe plánovat a výrazně šetřit čas i další prostředky. Není nic horšího, než když místo odevzdání výtisku zákazníkovi, do výroby či třeba na schvalovací poradu přicházíte s prázdnou, ač jste výrobu zadali včas. I když je 3D tisk výrobní proces, který se kvůli velkému počtu proměnných i lidskému faktoru nemůže chlubit 100 % úspěšností, v posledních letech se jeho spolehlivost výrazně zvyšuje – a to nejen u nákladných produkčních strojů, ale také u kvalitních stolních 3D tiskáren pro náročné uživatele a profesionály. V mnoha oblastech použití jde o zcela zralou technologii.
Provozní spolehlivost souvisí s kvalitou hardwaru, softwaru i nastavení materiálů, uživatelskou přívětivostí, robustností provedení, často i s otevřeností, univerzálností (potřebujete-li pracovat s novými materiály) a rozšiřitelností (pokud z původní jedné tiskárny budujete vzájemně spolupracující tiskovou farmu). Protože i 3D tiskárna je elektrické a mechanické zařízení, potřebuje také pravidelnou údržbu a výrazným podepřením spolehlivosti bývá i možnost rychlé technické podpory, servisu a dodávky náhradních dílů od lokálního dodavatele, ideálně přímo spolupracujícího s výrobcem.
Uživatelská přívětivost a přístupný software: U kvalitních tiskáren – a platí to i pro ty stolní – naštěstí už dávno odzvonilo situacím, kdy jste novou tiskárnu hodiny zprovozňovali a nad nesrozumitelným návodem laborovali, jak dospět k prvnímu povedenému tisku. Dnešní zařízení jsou za pár okamžiků po vybalení nachystaná, zpravidla uživatele provedou všemi potřebnými operacemi, ideálně na barevném dotykovém displeji pro jeho maximální komfort (příklad takové tiskárny na videu ►). I když vás později, až budete mít všechny postupy zažité, někdo vyruší, díky těmto průvodcům se snadno vrátíte zpět, kde jste byli, a nebudete se tak zdržovat uživatelskými chybami. Software pro přípravu 3D tisku, dodávaný ve valné většině bezplatně (a tu a tam i pod otevřenou licencí), bývá dnes velmi přívětivý (►) a u nejkvalitnějších řešení přímo svázaný s materiály nejen dané značky, ale také externích výrobců.
Díky mnoha užitečným čidlům vás tiskárna informuje, máte-li omylem nachystán špatný materiál či třeba špatný průměr trysky, že materiál při práci dochází a je třeba jej doplnit, že něco jiného čeká na vaše rozhodnutí. Průběh tisku si můžete na dálku zkontrolovat, u některých metod tisku i vizuálně přes zabudovanou kamerku. Informace o přerušení či dokončení tisku mohou dorazit na vaše mobilním zařízení, výtisky i spotřebu materiálu za poslední období si lze zkontrolovat přes webový prohlížeč a podobně. V případě tiskových farem se dvě a více tiskáren dokážou podělit o tiskovou frontu (předem nachystané tiskové úlohy) podle toho, která je dříve volná a připravená na další práci. Ač by se zdálo, že za takový komfort je zbytečné připlácet, opak je pravdou – zejména v produkčním prostředí, kdy každé omezení možnosti vzniku lidské chyby hraje klíčovou roli. Navíc si dodatečně připlácet ani nemusíte – kvalitní tiskárny mají komfortní funkce pro uživatele už v základu připraveny. A to i pro celé pracovní týmy, které se o tiskárnu či tiskárny dělí v ostrém provozu.
Tvarová svoboda a dodatečné úpravy výtisků: 3D tiskárny dnes dokážou vyrobit i díly a celé sestavy, které byste tradičními metodami (obráběním, vstřikováním do forem apod.) nezískali. Konstruktéři a návrháři tak získávají obrovskou svobodu navrhovat komplikované tvary, dutiny s proměnným tvarem apod. Má to ale jeden háček – protože tištěný materiál nelze pokládat do vzduchu, zejména u základních metod potřebujete souběžně tisknout i dočasné podpěry, které po vytisknutí musíte odstranit. Protože jde o opakující se, únavnou a časově náročnou činnost, dnešní tiskárny pro náročnější uživatele a podniky už nabízejí řadu řešení. U 3D tisku z termoplastů umějí vícemateriálové tiskárny souběžně tisknout z hlavního i podpůrného materiálu, který je buď měkčí a snadno odlomitelný, nebo rovnou rozpustný, třeba i v obyčejné vodě (ukázka rozpustného PVA ve videu ►). Nejnovější stolní 3D tiskárny pryskyřic sice z podstaty věci mohou tisknout jen z jednoho materiálu současně, zato s technologií LFS natolik vylepšily automatické generování dočasných podpěr, že je na závěr snadno odtrhnete rukou.
Pokud přesto pravidelně využíváte technologií, kde je nutno podpěry odstraňovat, případně i upravovat povrch výtisků, současným trendem (především pro podnikové zákazníky a 3D tisková centra) jsou plně automatizovaná řešení na dokončovací práce (příklad na videu ►). Vyplatí se s větším objemem výtisků, vracejí se zejména na dramatickém zmenšení potřeby únavné lidské práce.
Existuje 3D tiskárna, která zvládne vše, co potřebuji?
Ne. Alespoň pokud nejsou vaše představy velmi úzce zaměřené. Požadavky na odolnost, pevnost i barevnost materiálu, stejně jako na přesnost, rozměrnost, geometrickou složitost či cenu výtisků jsou velmi různorodé. I proto dnes můžete vybírat z desítek technologií a metod 3D tisku. Každá má své silné i slabší stránky. To je ale (překvapivě) dobrá zpráva. Můžete totiž najít přesně tu technologii a materiály, které budou optimální pro váš projekt. Třeba i s pomocí odborníků z oboru.
Naše tipy:
Univerzální metody 3D tisku jsou stále dostupnější a jejich možnosti se rozšiřují. Spolehlivé a všestranné stolní 3D tiskárny termoplastů, pryskyřic nebo kompozitů se výborně hodí pro první krůčky s 3D tiskem i k jeho zavádění do firem. Najdete je jak u jednotlivců, tak i napříč průmyslem. Navíc je plně využijete také později, pokud v určitých oblastech přejdete na více specializované tiskárny, třeba pro tisk kovů.
3D tisková řešení lze snadno rozšiřovat podle toho, jak porostou vaše potřeby. Jednak z pohledu počtu tiskáren, kdy dokážete výrazně zvýšit kapacitu výroby, jednak z pohledu kombinací různých technologií a materiálů. Podobné kombinace, třeba 3D tištěných kompozitů a kovů, vedou k velmi chytrým řešením.
Začínáte-li s 3D tiskem, nevybírejte jednu tiskárnu „na všechno“. Místo toho vytipujte oblast, kde se vám nasazení první 3D tiskárny efektivně vrátí – od vývoje a výzkumu po prototypování až po plně funkční díly. (S nalezením takové oblasti vám rád pomůže některý z aplikačních inženýrů.) Potřebujete-li tu a tam některý výtisk větší či z ještě pokročilejšího materiálu, než zvládne vaše tiskárna, využijte možností zakázkového 3D tisku.
Jak důležitou roli hrají materiály a nastavení tisku?
Dnes na trhu najdete nepřeberné množství materiálů různých mechanických vlastností a bezpočtu barevných odstínů. Vsadíte-li na osvědčené výrobce, nemusíte se bát ani o kvalitu či stejnorodost (materiál zakoupený třeba po roce bude mít shodné vlastnosti). Největší výběr je strun z termoplastů a kompozitů, čemuž nahrávají i materiálově otevřené tiskárny termoplastů (FFF/FDM), u nichž neztratíte záruku při použití neoriginálního materiálu jiného výrobce. Naopak u pryskyřic a prášků je většinou vhodné vsadit na originální materiály, protože ladění materiálových vlastností už vyžaduje profesionála (a případné omyly jsou velmi drahé).
Klíčové je vzájemné sladění hardwaru (tiskárna), softwaru (aplikace pro přípravu tisku) a materiálového profilu (teplota a další proměnné při tisku). Zatímco hobby uživatel si vystačí s několika nejoblíbenějšími materiály a ten pokročilejší je ochoten ladit si tiskové profily na míru, v produkčním prostředí potřebujete mít po ruce maximálně odladěné materiálové profily – pro co největší přesnost, spolehlivost, opakovatelnost, předvídatelné vlastnosti výtisku a minimální nároky na dodatečné opracování.
Naše tipy:
Vyzkoušejte více materiálů a naučte se využívat jejich předností. I když si najdete několik nejoblíbenějších materiálů, nezapomínejte na různorodé vlastnosti novinek na trhu. Mnohé přinášejí unikátní vlastnosti a mohou posunout možnosti využití vašich výtisků.
Začněte s originálními materiály, u kterých budete mít materiálový profil přímo od výrobce 3D tiskárny, či od výrobce materiálu pro danou tiskárnu. V začátcích si tak rychleji osvojíte různé vlastnosti a přípravu na tisk s vědomím, že jste neudělali chybu už ve vlastním tiskovém profilu. Postupně můžete svůj záběr rozšiřovat. Vyhýbejte se podezřelým materiálům, u nichž neznáte vlastnosti a složení (chybí technické a bezpečnostní listy).
Nezapomínejte na speciální materiály, jejichž tisknutelnost je stále dostupnější i na kvalitních stolních 3D tiskárnách. Od pružných materiálů přes odolné kompozity až po materiály samozhášivé či nepřenášející el. náboj.
Dodržujte doporučení výrobce materiálu. Některé materiály vyžadují například uzavřenou tiskovou komoru se stabilní teplotou (kvůli vyšší smrštivosti), jiné jsou abrazivní (potřebujete odolnější extrudér) nebo vyžadují specifickou úpravu tiskové podložky (adhezivní/separační vrstva). Zejména náročné průmyslové materiály mohou při tisku produkovat zvýšené emise těkavých organických látek či mikročástic a je nutno pamatovat na účinnou filtraci/odvětrání pracoviště.
Jaký software k 3D tisku potřebuji?
Pro zrod jakéhokoli výtisku budete potřebovat povrchový 3D model. Představte si 3D tiskárnu jako výrobní nástroj, který vám sice zhotoví požadovaný výtisk, sama ale musí nejprve dostat data, ze kterých tiskne. Trojrozměrnou předlohu získáte například modelováním v tzv. 3D CAD systémech (od těch bezplatných pro hobby využití až po velmi složité systémy pro konstruktéry) či 3D skenováním existujícího objektu. Vystačit si v počátcích také můžete s modely, které sdílí komunita nadšených inovátorů on-line.
O překlad trojrozměrného modelu do strojové řeči tiskárny (tzv. g-kódu) se stará aplikace pro přípravu 3D tisku. Anglický název „slicer“ (plátkovač) trefně vystihuje, co aplikace dělá: rozdělí trojrozměrný model do jednotlivých vodorovných vrstev uživatelem dané tloušťky a podle dalších parametrů je převede na dráhy, které pak vykonává tryska pokládající materiál nad podložkou (v případě FFF tiskáren, nicméně u řady dalších technologií je princip podobný). U jednodušších tiskáren se kód přenáší z počítače přes paměťovou kartu, u moderních už pohodlně po síti (LAN i Wi-Fi).
Naše tipy:
Kde vzít aplikaci pro přípravu 3D tisku? U stolních i průmyslových 3D tiskáren je nepsaným pravidlem, že k tiskárně dostáváte také aplikaci pro přípravu tisku nachystanou výrobcem pro konkrétní stroj. Většinou bezplatně, v některých případech pak i na základě předplatného.
Existují univerzální aplikace pro přípravu tisku? Zvlášť u stolních FFF/FDM tiskáren existují velmi šikovné a univerzální aplikace dodnes dostupné bezplatně ke stažení. Můžete si s nimi nachystat výtisky pro stovky různých 3D tiskáren – například populární a stále propracovanější Cura pro jedno- i dvoumateriálový tisk z termoplastů.
Co když potřebuji 3D model doupravit? Jednodušší úpravy povrchových modelů (ve formátech STL, OBJ, 3MF apod.) – třeba zmenšení počtu povrchových trojúhelníků, rozřezání na části, kontrolu a opravu spojitosti povrchu – zvládnou i základní, bezplatně dostupné aplikace. Pro Windows 10 je k dispozici například praktický 3D Builder.
Kde najít modely pro 3D tisk?
Možnost osahat si konečně vlastní nápad – zhmotněný díky 3D tisku – je jednou z nejvíce motivujících chvil pro nejednoho konstruktéra, designéra, modeláře i domácího inovátora. Co když si však chcete vytisknout něco zajímavého, ale s 3D modelováním si ještě netykáte? Nebo potřebujete získat nějakou součástku či příslušenství, které už před vámi někdo možná vymodeloval a sdílel s ostatními on-line? Využít dnes můžete celé řady služeb a komunitních portálů s miliony modelů, z nichž mnohé jsou vám dostupné (většinou pro nekomerční účely) zcela bezplatně, nejčastěji pod otevřenou licencí Creative Commons. Stejně tak můžete sami sdílet vlastní modely ostatním a dívat se, jak různě po světě pomáhají ostatním, nebo třeba jen pobaví. Než se podíváme na nejznámější portály sdílející 3D modely, podívejme se na některé tipy užitečné hlavně začínajícím 3D tiskařům.
Naše tipy:
Ne vše, co najdete on-line ke stažení pro 3D tisk, je také autorem předem důkladně vyzkoušeno. Některé modely se vám tak nemusí hned podařit vytisknout, jiné se hodí pro jiný typ tiskárny či pro velmi zkušené tiskaře, kteří znají taje pokročilých nastavení a přípravy tisku. Podívejte se vždy na hodnocení modelu a autora, jeho doporučení i komentáře těch, kteří už tiskli před vám. Nejednou si ušetříte hodiny práce a získáte povedenější výtisk.
Respektujte autorská práva těch, kteří 3D modely připravili a zveřejnili. Často za tím stojí hodiny a dny práce, zkoušení, ladění. Na každém kvalitním portálu jsou požadavky autora uvedeny přímo u modelu ke stažení. Ne vše, co si stáhnete, lze použít neomezeně. Někdy stačí uvést jméno autora, jindy nesmíte do modelu zasahovat a dále jej sdílet, často jsou modely určeny pouze pro nekomerční použití či vyžadují platbu před stažením. Čím více se autoři a 3D tiskaři budou vzájemně respektovat, tím více zajímavých modelů nás v budoucnosti čeká k vyzkoušení.
Dodnes nejrozsáhlejší portál na světě nabízející stažení i publikování modelů ve formátu STL určených přímo k 3D tisku.
Pokud vás zajímají zejména figurky pro stolní hry či umělecké motivy, zde najdete tu správnou komunitu sdílející placené i bezplatné modely pro 3D tisk.
Další z tradičních portálů věnujících se všem 3D tiskařům, kteří si své výtvory nechtějí nechávat jen pro sebe.
Množství modelů pro 3D tisk rozčleněných do přehledných skupin činí z tohoto portálu oblíbené místo hobby uživatelů.
Také pověstně zanícená hobby komunita okolo nejznámějších stavebnic 3D tiskáren světa má nově své oblíbené místo sdílení modelů pro 3D tisk.
Hledáte 3D model, ale stále nenacházíte ten pravý? Nezapomeňte navštívit ani tento tradiční portál s věrnou komunitou 3D tiskařů.
Unikátní a velmi propracovaná služba pro milovníky Dračího doupěte a deskových her. Své hrdiny si do detailů vytvoříte sami – přímo v okně prohlížeče.
Portál vyhledávaný především konstruktéry, kteří sdílejí i celé sestavy, často s texturou. Pro tisk je modely zpravidla nutné upravit v 3D CAD systému.
Sháníte-li vysoce kvalitní 3D grafiku nebo model pro 3D tisk a nevadí vám, že si za kvalitu tu a tam připlatíte, zde najdete velmi povedené předlohy.
Detailní modely především pro profesionální 3D vizualizace a multimédia. Najdete zde však i předlohy vhodné pro 3D tisk.
Okolo přístupného modeláře SketchUp, který můžete zdarma spustit i přímo v prohlížeči, existuje také silná komunita modelářů sdílející svou práci.
Unavuje-li vás hledat potřebný model pro 3D tisk na spoustě samostatných portálů, zkuste tuto službu. Prohledá za vás ty nejznámější.
Kolik stojí 3D tiskárna?
Každý z nás má od 3D tisku jiná očekávání – pravděpodobně také každý dostane výrazně jinou odpověď, má-li nám k něčemu být. Ač se to z obecných médií občas může zdát, pojem 3D tiskárna neoznačuje pouze univerzální stolní zařízení v ceně maximálně několika desítek tisíc korun. Naopak, cenové rozpětí dnes sahá od jednotek tisíc korun (!) za levné stavebnice takytiskáren importované bez potřebných certifikací z Asie až cca po vyšší desítky milionů za špičková řešení pro letectví a kosmonautiku, která si poradí s velkými výtisky ze speciálních slitin pro raketové motory. Je jen na nás, jaký výtisk potřebujeme, jaké vlastnosti má splňovat a jaký rozpočet máme na investici do 3D tisku k dispozici.
Naše tipy:
Nejdostupnější 3D tiskárny jsou hobby stavebnice stolních 3D tiskáren na tavené termoplasty. Ty méně kvalitní si můžete koupit z Číny už za jednotky tisíc, ale my vám je nedoporučíme – třeba pro velkou loterii s kvalitou zpracování, velmi často chybějící certifikace pro provoz v Evropě, problematickou technickou podporu i nižší šanci uplatnit případné reklamace. Nekvalitní a nespolehlivé tiskárny už nejednoho uživatele od 3D tisku dokázaly i odradit. (Nehledě na neustále přibývající případy, kdy snaha ušetřit na začátku končí u nebezpečného zařízení, které dokáže způsobit zranění či požár.) Mnohem lepší variantou pro hobby použití – stále za cenu dostupnou i pro domácího uživatele – jsou kvalitní stavebnice českého a evropského původu, za kterými stojí dohledatelné týmy vývojářů, šance na objektivní reklamaci i zázemí komunity uživatelů, se kterou můžete konzultovat své případné potíže. Tyto tiskárny pořídíte už za nižší desítky tisíc korun.
Potřebujete-li tisknout pro podnikání, ve firmě či v průmyslovém provozu, tedy jste na výsledku tisku mnohem více závislí, sáhněte po dostupných 3D tiskárnách, které za o něco více peněz nabídnou vyšší spolehlivost, předvídatelnost, uživatelský komfort, širší výběr materiálů i technickou podporou lokálního dodavatele. V případě tisku z termoplastů a pryskyřic se pořád ještě pohybujeme v částkách cca od 50 do 150 tisíc korun, resp. v nižších stovkách tisíc korun za specializované 3D tiskárny ve stolním provedení, ale jejich možnosti (například vícemateriálový tisk) i hodnota jsou výrazně vyšší než u hobby zařízení. Samotná cena těchto tiskáren nakonec není pro menší týmy ani podniky to nejdůležitější – daleko víc je zajímá návratnost investice a provozní vlastnosti v čele se spolehlivostí. Návratnost investice do stolních tiskáren je překvapivě krátká, běžně se vrací během několika týdnů či měsíců.
Hledáte produkční a průmyslové tiskárny do podniku? Zde se již ceny pohybují od vyšších stovek tisíc za produkční stroje až po miliony, resp. desítky milionů za komplexní řešení včetně provozního zázemí. Jakkoli se běžnému uživateli může z takového cenového rozpětí zamotat hlava, i tyto (více či méně specializované) tiskárny dnes nacházejí velký odbyt a firmám se jejich nasazení vyplácí. Podobně jako u nákup jiného drahého strojního vybavení je fáze výběru mnohem důkladnější a nároky na technickou podporu přísnější. Ač jsme za zeměmi západní Evropy v nasazení aditivní výroby stále pozadu – třeba i kvůli konzervativnímu přístupu v českém strojírenství nebo tradičně nevelké podpoře moderních technologií na vládní úrovni – velké a špičkové 3D tiskárny najdete také u nás. A stále víc. Nejen v průmyslu a výrobě, ale také na univerzitách, ve výzkumu a vývoji, ve zdravotnictví a podobně.
Vyplatí se kombinovat různé technologie 3D tisku a využít co nejvíce z možností každé jednotlivé tiskárny zaměřené na dané materiály, namísto snahy pořídit jednu univerzální tiskárnu na vše, která ale v důsledku umí jen od každého kousek. Pokud pro vás 3D tisk není pouhou zábavou, je vhodné podívat se po řešeních připravených do produkčního prostředí. Stojí sice více, ale nabízejí vyšší spolehlivost, předvídatelnost, opakovatelnost, týmovou správu a další nezbytné vlastnosti. Vyšší investice se při správném výběru rychle vracejí a brzy začínají vyplácet. Jak poznat kvalitní 3D tiskárnu?
Jak si zajistit rychlou návratnost investice do 3D tisku?
Existuje mnoho rozumných argumentů, kde a proč využít 3D tisku – od výzkumu a vývoje přes školství a zdravotnictví až po průmysl a výrobu. Důležitou roli pro profesionální uživatele i firemní týmy ale hraje investice do pořízení a provozu pořizované technologie. Nejen z průmyslu a výroby máme jednoznačnou odezvu: Investice do kvalitních 3D tiskáren se mnohde vracejí během pouhých týdnů či měsíců. Nezřídka už s první větší zakázkou. Mnohé české podniky navíc kombinují různé metody 3D tisku – a dosahují značných úspor.
Naše tipy:
Podívejte se na 8 dobrých důvodů, proč investovat do 3D tisku. Vaše konkurence nad nimi bezpochyby uvažuje také, mnoho českých podniků už úspěšně provozuje několikátou generaci 3D tiskáren.
Nezapomeňte, že 3D tisk je velmi výhodná inovace i v dobách škrtů a krizí. Dostupnost 3D tiskáren je stále větší, jejich spolehlivost a univerzálnost roste.
Inspirujte se příklady z praxe, hledejte optimální metodu 3D tisku pro váš pilotní projekt. Pokud se na něm nasazení osvědčí a investice začne vracet, jste na dobré cestě.
Nechte si spočítat návratnost investice na konkrétních projektech ve vašem podniku, které vám ochotně připraví aplikační inženýr znalý více různých technologií i jejich nasazení v praxi.
Nechte si vytisknout zkušební díl. Potvrdí, co vámi zvažovaná technologie či 3D tiskárna umí, pomůže vám rozhodnout se mezi více materiály.
Nejpoužívanější metody a materiály pro 3D tisk
Pokládání roztavených termoplastů (FFF/FDM)
Nejrozšířenější a dnes suverénně nejdostupnější metoda 3D tisku je pokládání roztaveného termoplastu tryskou (FFF/FDM) postupně po vrstvách, až je vytvořen předem zamýšlený trojrozměrný tvar výtisku. Tato technologie je hojně využívaná jak u stolních, tak i u produkčních a průmyslových strojů. Oblíbená je napříč průmyslem a výrobou – od vývoje výrobků, nástrojů a přípravků až po funkční díly. Roste o ni zájem i v architektuře, vědě a výzkumu, školství, lékařství a mnoha dalších oborech. Pro svou nenáročnost a širokou dostupnost má 3D tisk z termoplastů silné zastoupení také mezi domácími hobby uživateli.
Materiály jsou dodávány ve formě strun navinutých na cívkách o různé hmotnosti. Nejobvyklejší průměr strun, respektovaný většinou světových i českých výrobců, je dnes 1,75 mm a 2,85 mm. Většinu materiálů je nutno skladovat chráněné před nasáknutím vzdušnou vlhkostí, prachem a přímým slunečním světlem.
Z výhod technologie FFF/FDM:
- největší nabídka materiálů s různými mechanickými vlastnostmi, včetně flexibilních, chemicky odolných, vysokoteplotních a kompozitních,
- nízká investice do 3D tiskáren i materiálů a obrovská všestrannost použití přináší mj. i rychlou návratnost investice,
- snadná obsluha (kvalitní) 3D tiskárny a vysoká míra předvídatelnosti výsledku,
- stolní i produkční provedení tiskáren – volba podle náročnosti materiálů a požadavku na velikost výtisků,
- vícemateriálové 3D tiskárny umožňují mj. použití rozpustných podpor, snižují tak nutnost dodatečných úprav na minimum.
Z omezení technologie FFF/FDM:
- různé (anizotropní) mechanické vlastnosti v rovině tisku a napříč vrstvami,
- viditelné vrstvy (vroubkování) na povrchu modelu, mikropórovitost mezi vrstvami,
- dlouhá doba tisku u velkých a tvarově složitých modelů,
- náročnější/smrštivější materiály vyžadují produkční či průmyslovou tiskárnu s uzavřenou tiskovou komorou.
Nejoblíbenější materiály: PLA, ABS, ASA, PET(G), CPE, Nylon, PC, PP, PA, TPU, TPE, PVA a BVOH, HIPS, PEEK/PEKK, kompozity ad.
Ukázka dvoumateriálového (dvoubarevného) 3D tisku
Tvrzení tekutých pryskyřic světlem (SLA/LFS/DLP)
Stereolitografie, tvrzení pryskyřic světlem – nejčastěji laserem (SLA/LSF), či digitálním projektorem (DLP) – patří mezi stále oblíbenější metody 3D tisku, a to zejména pro precizní výtisky s ostrými detaily a hladkými povrchy. I zde je model připravován po vrstvách, oproti pokládání termoplastů však bývají tenčí a méně znatelné na površích – bez vroubkování typického pro termoplasty. Univerzální, stolní tiskárny z pryskyřic se přitom dostupností už postupně vyrovnávají těm na termoplasty. Výtisky pomáhají s produktovým designem, v průmyslu, zubním lékařství, ve šperkařství, v architektuře, vědě a výzkumu, modelářství a mnohde jinde. Biokompatibilní pryskyřice jsou dnes mj. žádaným materiálem pro výrobu lékařských pomůcek.
Technologie SLA/DLP se začíná prosazovat také u náročnějších hobby uživatelů, nicméně práce s tekutými materiály (pryskyřice i čističe s vysokou koncentrací) vyžaduje ochranné pomůcky a zvláštní pozornost, nehodí se pro začátečníky ani děti.
Z výhod technologie SLA/DLP:
- atraktivní výtisky s hladkými povrchy, ostrými detaily, snadným opracováním i barvením,
- rozšiřující se nabídka světlocitlivých termosetů – od modelářských pryskyřic s volitelným odstínem či průhledností přes konstrukční s posílenými mechanickými vlastnostmi až po lékařské materiály se zaručenou biokompatibilitou,
- stále dostupnější technologie, stolní i produkční provedení tiskáren – podle náročnosti provozu a požadavku na velikost výtisků,
- univerzálnost stolních řešení vs. maximální specializace produkčních zařízení.
Z omezení technologie SLA/DLP:
- dodatečně odstraňování dočasných podpor,
- pouze jednomateriálový 3D tisk v relativně menším tiskovém objemu,
- mechanické vlastnosti zpravidla křehčích pryskyřic,
- nutnost opatrného zacházení s materiály (tekuté pryskyřice) i čistidly (isopropylalkohol apod.).
Nejoblíbenější materiály:
Prototypovací, modelářské, konstrukční a lékařské (vč. biokompatibilních).
Kompozity se vkládanou spojitou výztuží (FFF + CFF)
Kompozity připravené na stolních a průmyslových 3D tiskárnách jsou nejen zásadně pevnější než běžné termoplasty, ale v mnoha aplikacích předčí vlastnostmi i kovové díly – za zlomek jejich výsledné ceny. Konstruktér se (spolu s automatickým doporučením aplikace pro přípravu 3D tisku) rozhodne, kde a v jaké hustotě chce v dílu využít spojitou výztuž z vlákna karbonu, kevlaru, či skla pro dosažení potřebných mechanických vlastností. Výztuž dodávaná na cívce se pak automaticky vkládá do zvolených vrstev během tisku. I samotný hlavní materiál na bázi nylonu, který mj. chrání vnitřní výztuž, navíc může využívat karbonového plniva, což mu dodává na odolnosti a pevnosti výtisku v ose kolmé na spojité vyztužení.
Výtisky mohou být odolnější, přitom až o 40 % lehčí než hliník 6061. Využívají se od montážních a upínacích přípravků přes měkké čelisti robotizovaných výrobních linek až po plně funkční součásti a náhradní díly do náročného provozu. Důvěrně je znají také konstruktéři studentských formulí na některých českých univerzitách.
Z výhod technologie FFF + CFF:
- kompozity vyztužené spojitými vlákny z karbonu, kevlaru či skelným vláknem jsou pevné, lehké, odolné a přesné,
- přinášejí rychlost a dostupnost lokální výroby funkčního dílu přímo z 3D modelu, bez nutnosti zdlouhavé přípravy výkresové dokumentace nebo čekání na obrábění,
- chemicky a teplotně odolné díly (volitelně i v samozhášivém provedení) se hodí do výrobního prostředí,
- kompozity oproti běžným termoplastům nabízejí výjimečné mechanické vlastnosti,
- volbu tvaru, umístění i pevnosti výztuže může ovlivnit konstruktér podle potřeb konkrétního dílu.
Z omezení technologie FFF + CFF:
- menší výběr tisknutelných termoplastů (vycházejících z nylonu),
- pouze jeden souběžně tisknutý materiál + vyztužující vlákno,
- dočasné podpory jsou z hlavního materiálu, odstraňují se dodatečně,
- bez širší palety barev.
Tisk kovů ze strun na cívkách (ADAM)
I když už můžeme levně tisknout díly z pevných a odolných kompozitů, pro své fyzikální vlastnosti i možnosti dodatečných úprav jsou kovy často nenahraditelné. Technologie ADAM nedávno přinesla vše potřebné pro 3D tisk běžně velkých dílů z kovů, často rychleji a levněji oproti tradičnímu postupu realizace. Aditivní výrobu zpřístupňuje i týmům a firmám, které si 3D tisk z kovů vlastními silami dosud nemohli dovolit. Místo desítek milionů korun za zařízení využívající vysoce výkonné lasery zde mluvím o řádu nižších milionů korun za celou sestavu, včetně tiskárny, čisticí nádrže a sintrovací pece. Odpadá také kontaminace pracoviště jemným práškem, protože plnivo z kovového prášku je vázáno dočasným termoplastovým pojivem a dodáváno ve formě strun navinutých na cívkách – podobně jako u běžného FFF/FDM tisku.
Materiál je po zahřátí v trysce po vrstvách nanášen ve tvaru budoucího výtisku. Model je adekvátně zvětšen, aby se kompenzovalo jeho smrštění v další fázi výroby. Po dotištění a vymytí části pojiva v chemickém roztoku je výtisk sintrován za vysoké teploty v peci, kde dochází k tavení kovu do kompaktní formy výsledného celokovového dílu (zbytek pojiva je zcela vypálen). Funkční kovový díl je připraven k použití. V případě potřeby může být povrchově upraven stejnými postupy (pískováním, broušením atd.) jako u jiných metod 3D tisku kovů. Dočasné podpory lze snadno odstranit díky keramické separační vrstvě tisknuté z druhé cívky. Celý postup si můžete prohlédnout ve videu dole s českými titulky.
Z výhod technologie ADAM:
- lokální digitální výroba z kovů – díly vznikají přímo v provozu, kde jsou potřeba, bez složité logistiky a meziskladů,
- oproti tradičním přístupům dostupnější metoda 3D tisku z kovů,
- široká paleta v praxi ověřených materiálů – od nerezových ocelí až po odolné slitiny jako Inconel,
- tisk přímo z 3D modelu, bez nutnosti přípravy výkresové dokumentace,
- možnost dodatečných povrchových úprav jako u odlitků či obrobků,
- volitelné, na míru vyvinuté originální příslušenství (myčka, sintrovací pec apod.).
Z omezení technologie ADAM:
- vícefázový postup výroby (3D tisk, chemická lázeň, sintrování),
- vstupní investice do příslušenství, včetně sintrovací pece,
- dodatečné povrchové úpravy pro náročné aplikace (shodné s dalšími metodami 3D tisku kovů).
Sintrování kovových a plastových prášků laserem (SLS/SLM/DSLM)
Technologie SLS používá výkonný laser jako zdroj energie ke spékání (sintrování) práškového termoplastického materiálu (polyamidy atd.) – vrstvu po vrstvě. Jde o náročnější technologii, která se ale stále více prosazuje třeba v průmyslu, ve výrobě, ve vědě a výzkumu či v lékařství (například u protetik).
Podobně fungují i technologie DSLM a související pro přímou výrobu tvarově složitých kovových dílů pro koncové využití. Jde o vůbec nejnákladnější technologie aditivní výroby, které se uplatňují i při realizaci plně funkčních součástí a sestav pro automobilový, letecký a kosmický průmysl, stejně jako pro výrobu vstřikovacích forem z ocelí, kloubních náhrad z titanu a podobně. Kovový materiál ve formě přesně vrstveného prášku je selektivně spojován – vrstvu po vrstvě – působením vysoce výkonného laseru (či souběžně více laserů v tiskové komoře s ochrannou atmosférou podle zvoleného materiálu). Prášek musí být z dutin výtisku důsledně vysypán a lze jej zčásti recyklovat pro další použití. Dočasné podpůrné struktury jsou generovány automaticky tisknuty ze stejného materiálu. Na závěr tak musejí být pracněji odstraněny. Výtisk prochází po dotištění také tepelným zpracováním.
Z výhod technologie SLS (termoplasty):
- možnost tisku složitých geometrických tvarů, jako podpora se využívá zbytkový tiskový materiál,
- dobré izotropní vlastnosti výtisků,
- předvídatelné mechanické vlastnosti, nárazuvzdornost a pevnost výtisků,
- dlouhodobá materiálová stabilita,
- výhodná metoda pro malé a střední výrobní série.
Z omezení technologie SLS:
- užší nabídka materiálů (materiály na bázi PA a TPU),
- nutná postprodukce (odstranění zbytkového prášku a jeho následné promíchání s panenským práškem),
- riziko porozity vytištěných dílů (dle metody až 30 %),
- nutné speciální pracovní prostředí a složitá výměna tiskových materiálů.
Nejoblíbenější materiály:
PA12, PA11, Alumide, PA-GF, PA-FR, TPU 92A a další.
Z výhod technologie DSLM apod. (kovy):
mechanické vlastnosti podobné tradičně vyráběným dílům,
lehké kovové díly s možností dodatečných úprav běžnými kovodílenskými postupy,
kratší výrobní cykly výhodné u výroby tvarově složitých a unikátních dílů,
- u větších zařízení možnost výroby menších i středních sérií v relativně rychlém sledu.
Z omezení technologie DSLM apod.:
- investičně i provozně velmi nákladná technologie s velkými požadavky na okolní prostory a zabezpečení,
- nebezpečí kontaminace pracoviště volným práškem,
- velmi drahý cyklus výroby (snaha po max. zaplnění tiskové komory),
- náročný post-processing kovových výtisků s vyšší drsností, vč. oddělení od podložky apod.
Nejoblíbenější materiály:
Titan, hliník, oceli, Inconel, měděné slitiny a další.
Web s láskou připravuje tým 3Dwiser, pro který je 3D tisk koníčkem i každodenní profesionální prací. Informace uvedené natéto stránce mají sloužit pro vaši inspiraci, k získání odpovědí na témata, která hýbou společností i průmyslem a výrobou. Obsah se může měnit a aktualizovat, je čistě informativní, neklade si za cíl být zcela vyčerpávající.
Fotografie použity se svolením společností: Ultimaker, Formlabs, Markforged, BigRep, PostProcess, Fillamentum.
