3D tisk dnes představuje velmi důmyslný způsob, jak jednoduše zhmotnit virtuální vektorový 3D model, ať už vytvořený v CAD systému, či získaný například 3D skenerem. Technologie výroby pohledových či funkčních modelů založené na principu nanášení vrstev najdou uplatnění v celé řadě oblastí, počínaje strojírenstvím (rapid prototyping), přes další odvětví průmyslu, výuku, architekturu, kartografii, muzejnictví, až např. po zdravotnictví.
Už samotný princip vytvoření libovolně složité součásti či sestavy, tradičními postupy třeba ani nevyrobitelné, je velmi zajímavý a mimo to samozřejmě „divácky vděčný“. Zrod 3D modelu by se dal s trochou nadsázky přirovnat k znovuzrození bájného Fénixe z popele. Jednu ze současných technologií rapid prototypingu představuje metoda spojování prášku nanášeným pojivem.
Tuto technologii vyvinula a uvedla na trh americká firma Z Corporation. V rámci dnešních možností jde o rychlou metodu výroby modelů, kdy hovoříme o tisku v řádu hodin, nikoliv dnů, jako u jiných rapid prototyping technologií. Letos na jaře výrobce uvedl stroj ZPrinter 450, umožňující plněbarevný 3D tisk. Přes stále relativně velký počet ručních úkonů a určité zkušenosti potřebné pro finalizaci kvalitního funkčního modelu, představuje tento stroj značně kompaktní řešení s vysokým stupněm automatizace. Jedná se o prostřední ze tří současně nabízených typů 3D tiskáren ZPrinter, jehož cena mírně převyšuje 1 milion korun.
Využili jsme příležitosti prohlédnout si tuto tiskárnu a některé fáze její instalace přímo ve firmě, která si ji pořídila. Společnost ALFORST v.o.s. ve Velimi, která je výrobní společností se zaměřením do oblasti reklamy, hodlá zakoupený stroj využívat pro účely komerčního 3D tisku, konkrétně například nabídla vytvoření 3D modelu přestavby pivovaru v Berouně, počítá s využitím v oblasti průmyslového a obalového designu a také s nabídkou pro muzea při vytváření zmenšených replik 3D exponátů. Zařízení dodala ALFORSTu společnost BIBUS s.r.o., která u zákazníka provedla jak instalaci, tak zaškolení, které jsou spolu se spotřebním materiálem zahrnuty v ceně produktu.
Jak to funguje
Princip tisku je u stroje ZPrinter 450 velmi podobný běžným inkoustovým tiskárnám, s tím, že místo inkoustu se po vrstvách nanáší speciální pojivo (lepidlo) na prášek. Se stolními inkoustovými tiskárnami má stroj dokonce společné tak zásadní komponenty, jakými jsou tiskové hlavy. Pro nanášení pojiva totiž používá běžně dostupnou tiskovou hlavu Hewlett-Packard HP 11, „tříbarevná“ hlava HP 57 pak slouží k nanášení barev.
Postup výroby modelu (3D tisku) je v zásadě jednoduchý. V první fázi přesune rotující válec tenkou vrstvu prášku do pracovního prostoru a tisková hlava nanese lepidlo ve vodorovném řezu vyráběného modelu. V druhé fázi sjede pracovní plocha o krok směrem dolů, čímž vytvoří prostor pro další vrstvu prášku. Postup se opakuje až do zhotovení celého prototypu. Vertikální krok (tloušťka vrstvy prášku) je softwarově nastavitelný pro každou tiskovou úlohu, pohybuje se v hodnotách 0,089–0,102 mm. Dosahovaná rychlost vrstvení představuje 2 až 4 vrstvy za minutu, podle složitosti tištěného řezu. Samotný tisk probíhá s přijatelnou hlučností a rovněž se nemusíte obávat úniku prášku či nepříjemných výparů do ovzduší (výtisk je díky použití pojiva na organické bázi netoxický). Výhodou této technologie je skutečnost, že vyráběný díl je po celou dobu a ze všech stran dokonale podepřen okolním (neslepeným) práškem. Odpadá zde tedy nutnost počítat při vytváření modelu s pomocnými pracovními podporami, které se pak musí odstranit. Prášek lze používat opakovaně.
Po dokončení tisku se aktivují jemné vibrace „roštu“, které z velké části modelu setřesou nepoužitý prášek. Tuto funkci je možné vypnout v případě výroby tenkostěnných a velmi křehkých dílů, u nichž by mohlo vzniknout riziko jejich poškození. K důkladnému očištění slouží odprašovací komora v pravé části stroje. Jemná tryska na konci vinuté hadičky napojené na vestavěný kompresor s regulovatelným výkonem dovoluje pečlivé ruční očištění zhotoveného dílu. Vše se odehrává pod sklem v osvětleném a dokonale odsávaném prostoru, přičemž obsluha má ruce prostrčeny otvory s „kartáči“ zamezujícími úniku prášku.
Pokud hovoříme o kompaktním provedení ZPrinter 450, máme na mysli zejména sloučení tiskového zařízení s právě popsanou odprašovací komorou do jednoho stroje. K nižšímu modelu tiskárny, ZPrinter 310 Plus, se odprašovací komora dodává jako samostatná jednotka. Dokladem kompaktní koncepce typu 450 je uzavřený systém plnění práškem a jeho automatické recyklace, stroj disponuje vestavěným vysavačem s hubicí, která slouží k opětovnému nasátí neslepeného prášku z pracovního prostoru i k novému plnění systému. Za zmínku rovněž stojí „bezdotykový“ způsob doplňování pojiva, které je dodáváno v uzavřené cartridge.
Vytištěný díl, který v komoře oprášíme, však dosud není zcela hotov. Potřebuje několik hodin na zaschnutí, nicméně tento čas lze výrazně zkrátit umístěním modelu do trouby s teplotou 70 °C. Poté následuje další důležitý krok, a sice napuštění modelu infiltrantem, čímž dojde k uzavření povrchové struktury dílu a jeho konečnému vytvrzení. Infiltrantu existuje více druhů, lze je nanášet štětcem, aplikátorem, nebo přímo ponořením součásti. Zhotovení modelu tedy vyžaduje určitou zručnost a zkušenost, všechny operace jsou však po uživatelském zaškolení bez problémů zvládnutelné. Totéž platí o údržbě, kdy při pravidelném provozu vyžaduje ZPrinter 450 kromě čištění po každém tisku jednou týdně důkladné vyčištění, podobně jako jakýkoliv výrobní stroj.
Kvalita a odolnost modelů, materiálové možnosti
Zhotovené díly vykazují velmi slušnou kvalitu. Nelze zde sice hovořit o příliš hladkém povrchu, nicméně například vytištěné pohyblivé díly, jako ozubená soukolí na hřídelích, či jiné části sestav, jsou skutečně bez problémů pohyblivé. Velmi kvalitní a věrné je také barevné provedení 3D výtisků. Výstupy ze ZPrinteru 450 zkrátka působí velmi efektně. Pokud nejde o výrobu pouhých ukázkových předmětů, návratnost a užitečnost takého řešení může být obrovská. Realitou je již dnes například 3D tisk částí kostry žijícího člověka z vektorového modelu tvořeného daty z CT. Lékař má pak ještě před operací pacienta, např. kvůli aplikaci protézy, k dispozici reálný model postižené oblasti. To už se
ovšem dostáváme mimo zaměření našeho časopisu.
Díky různým druhům používaných prášků a infiltrantů lze dosáhnou různé pevnosti vyráběných dílů. Prášek na bázi sádry a kompozitu umožňuje výrobu pevných a tvrdých modelů.
Narozdíl od dalších dvou tiskáren této značky neumožňuje ZPrinter 450 výrobu elastických modelů (simulace pryžových dílů) ani použití prášku s vysokou teplotní odolností, z něhož mohou být vyráběny formy a jádra pro přímé odlévání hliníku nebo jiných nízkotavitelných slitin.
Ovládání a softwarová výbava
Stroj má velmi jednoduchý ovládací panel. Tvoří jej pouze podsvícený displej a velký otočný ovladač fungující zároveň jako potvrzující tlačítko. Ovladač slouží jak k navigaci v menu tak např. k přímé regulaci intenzity ofukování modelu.
Součástí dodávky zařízení je software ZPrint, umožňující komfortní uživatelskou správu tiskárny a její monitorování. Spolu s poslední verzí software je dodáván zásuvný modul ZEdit, který rozšiřuje možnosti o tvorbu popisů, nálepek, editaci barev a jednoduché tvarové úpravy dílu před spuštěním tiskové úlohy.
Samotný stroj disponuje vestavěným počítačem s pevným diskem a běžnými externími rozhraními s porty v zadní části (2× PS/2, LPT, COM, 2× USB, VGA, RJ-45).
A první dojmy uživatelů?
Po montáži a krátkém zaškolení, což je činnost započítaná do ceny dodávané tiskárny, se novopečení majitelé tiskárny z ALFORSTu ihned pustili do práce. První prací je model na zaformování pro lití do písku – zakázka z oblasti průmyslového designu. Zkoušeli také toleranci tisku a zjistili, že momentálně je na 130 milimetrech tolerance 0,15 mm, což je ostatně garantováno výrobcem. "Ale myslíme, že se nám to podaří nastavit ještě i na méně," říká Martin Fördös.
Technické parametry
| Rychlost tisku | 2–4 vrstvy za minutu |
| Pracovní prostor | 200×250×200 mm |
| Tloušťka vrstvy | 0,089 až 0,102 mm |
| Rozlišení | 300×450 DPI |
| Rozměry stroje | 122×79×140 cm |
| Hmotnost stroje | 193 kg |
| Napájení | 230V, 50 Hz, 6,2 A |
autoři: Václav Buk, Karel Heinige
Shlédnutí stroje pro účely této "reportážní recenze" umožnila ve svých prostorách firma ALFORST, předvedla firma BIBUS.
www.bibus.cz
www.alforst.cz