Budoucnost 3D tisku technologií FDM: Co čeká aditivní výrobu v budoucnu?

3D tisk technologií FDM je nejrozšířenějším typem 3D tisku na světě. Už se nejedná pouze o záležitost pro hobbyisty. Dnes jej firmy využívají k výrobě zkušebních modelů, výrobních nástrojů a hotových dílů pro automobily, letadla a zdravotnické přístroje.

Princip 3D tisku metodou FDM je jednoduchý. Tiskárna roztaví plastovou nit a vytváří díl po jednotlivých tenkých vrstvách, podobně jako velmi přesná horká lepicí pistole. V posledních letech díky vlně inovací v oblasti 3D tisku se tiskárny FDM staly rychlejšími, přesnějšími a schopnými pracovat s mnohem pevnějšími plasty.

V tomto průvodci vysvětlíme, co je to technologie FDM v 3D tisku, jak funguje, jaké jsou její hlavní výhody, jaká jsou nejnovější vylepšení a kdy je služba 3D tisku technologií FDM tou správnou volbou pro vaše díly.

Co je to FDM v 3D tisku?

Zkratka FDM znamená „fused deposition modeling“ (modelování tavným nanášením). Zjednodušeně řečeno, tiskárna roztaví plast a nanáší ho po vrstvách, jednu na druhou, až je díl hotový.

To, co odlišuje 3D tisk metodou FDM od ostatních metod, je materiál, ze kterého se tisk provádí. Některé tiskárny používají tekutou pryskyřici, jako je tomu u stereolitografie, jiné zase jemný prášek, jako je tomu u selektivního laserového sintrování a technologie HP Multi Jet Fusion. Technologie FDM využívá cívky s pevnou plastovou nití. Díky tomu je cenově dostupná, čistá a jednoduchá a lze při ní použít mnoho stejných plastů, jaké se vyskytují v běžných výrobcích.

Jak funguje 3D tisk metodou FDM – krok za krokem

Každý 3D tisk technologií FDM probíhá podle stejných základních kroků, ať už se provádí na malé stolní tiskárně, nebo na velkém průmyslovém stroji.

1. Navrhněte výrobek: Objekt se pomocí počítače vykreslí jako trojrozměrný obraz. Dodržování pokynů pro návrh pro 3D tisk může v této fázi pomoci předejít problémům.

2. Připravte soubor: Software rozdělí trojrozměrný obraz na mnoho vrstev a určuje tiskárně, kam se má pohybovat. Dále se zadává tloušťka vrstev i vnitřní pevnost dílu.

3. Zahřejte plast: Tiskárna přivádí plastovou nit do malé vyhřívané trysky, která ji roztaví.

4. Postupujte vrstvu po vrstvě: Vyhřívaná tryska nanáší první vrstvu plastu na rovný povrch. Poté se tryska mírně zvedne a nanese další vrstvu plastu. Tento proces pokračuje, dokud není objekt sestaven.

5. Přidejte dočasné podpěry: Díly s převislými částmi vyžadují během tisku dočasné podpěry zespodu. Některé podpěry lze poté jednoduše vypláchnout.

6. Dokončete díl: Díl se vyjme, odstraní se z něj podpěrky a v případě potřeby jej lze přebrousit, vyhladit nebo natřít.

Jelikož vše vychází z digitálního souboru, lze stejný FDM-tisk kdykoli zopakovat nebo upravit, a to bez dodatečných nákladů na nastavení. Právě proto je technologie FDM nejčastější volbou pro rychlé prototypování.

Výhody technologie FDM (Fused Deposition Modeling)

Technologie FDM (Fused Deposition Modeling) je oblíbená z dobrých důvodů. Zde uvádíme, proč je 3D tisk technologií FDM pro tolik projektů tou správnou volbou.

• Acetal (Delrin):Acetal je tuhý materiál s nízkým třením, který si dobře zachovává svůj tvar. Používá se na ozubená kola, pouzdra a přesné součástky.

• Nízké náklady: Jelikož technologie FDM využívá cenově dostupný plastový materiál a nevyžaduje žádné formy ani speciální nástroje, lze vyrobit i pouhý jeden díl, aniž by to stálo mnoho peněz.

• Rychlé zpracování: Výroba dílů z digitálního souboru do fyzické podoby trvá jeden až dva dny.

• Snadné úpravy návrhu: Potřebujete upravit některou součást? Stačí aktualizovat návrhový soubor a znovu vytisknout. Není třeba vyrábět nové nástroje.

• Odolné a funkční díly: Díky použití vhodného plastu vydrží díly vyrobené technologií FDM náročné podmínky v praxi a neslouží pouze jako prototypy.

• Velké díly z jednoho kusu: Průmyslové FDM tiskárny dokážou vyrábět velké díly, které by jinak bylo nutné sestavit z několika částí.

• Svoboda tvarů: Duté, zakřivené nebo lehké konstrukce, které se obtížně obrábějí nebo lisují, lze snadno vytisknout.

• Méně odpadu: Tiskárna spotřebuje pouze tolik plastu, kolik daný díl vyžaduje, na rozdíl od vyřezávání dílu z masivního bloku.

• Na zakázku:Vytisknětesijeden kus nebo malou sérii přesně tehdy, když to potřebujete, bez minimálního odběru a bez nákladů na skladování.

Díky těmto výhodám je technologie FDM obzvláště vhodná pro výrobu prototypů, zakázkových nástrojů pro výrobní linky, náhradních dílů a malých sérií.

Pokroky v oblasti materiálů pro technologii FDM

Největší inovací v oblasti 3D tisku technologií FDM byly právě materiály. První tiskárny mohly používat pouze několik základních plastů. Dnešní služby 3D tisku technologií FDM nabízejí širokou škálu materiálů, která se blíží materiálům používaným v tradičních továrnách.

Tepelně odolné plasty

Některé novější plasty, jako například PEEK a ULTEM, odolávají vysokým teplotám i agresivním chemikáliím. V leteckém průmyslu a při výrobě zdravotnických zařízení tyto plasty v současné době nahrazují některé kovové součásti, aby se snížila hmotnost. K jejich tisku jsou zapotřebí speciální vysokoteplotní tiskárny, a proto si většina firem tyto součásti objednává u specializovaných dodavatelů.

Plasty smíchané s uhlíkovými vlákny

Přimícháním drobných kousků uhlíkových nebo skleněných vláken do plastu se díly stávají tužšími, lehčími a stabilnějšími. Některé průmyslové tiskárny dokonce do každé vrstvy vkládají dlouhá vlákna uhlíkových vláken, čímž vytvářejí díly, které jsou natolik pevné, že v některých případech mohou nahradit hliník.

Pružné materiály a více materiálů najednou

Materiály podobné gumě se používají na těsnění, rukojeti a nárazníky. Novější tiskárny dokážou v rámci jednoho tisku kombinovat tvrdý plast, pružný materiál, omyvatelné podpěry a různé barvy, takže jeden díl může být zároveň tuhý i měkký, a to bez použití lepidla.

Plasty s kovovým plnivem

Některé plastové vlákna obsahují kovový prášek. Po tisku se díl zahřívá v peci, kde se plast spálí a zůstane pevný kov. Nejedná se o náhradu za 3D tisk z kovu, ale o nákladově nenáročný způsob výroby jednoduchých kovových zkušebních dílů.

Zlepšení rychlosti a efektivity tisku metodou FDM

Rychlost bývala hlavní slabinou technologie FDM. To už ale neplatí. Dnešní tiskárny pracují až desetkrát rychleji než ty před pěti lety a nejnovější modely jsou ještě rychlejší.

To umožnilo několik vylepšení:

• Lehčí a chytřeji konstruované pohyblivé součásti. Tiskárny jsou konstruovány tak, aby byly jejich pohyblivé součásti lehčí, což jim umožňuje pohybovat se rychle a bez chvění.

• Integrovaná kontrola vibrací. Tiskárna sleduje, jak se při vysoké rychlosti otřásá, a automaticky to koriguje, takže i při rychlém tisku jsou výtisky stále čisté.

• Rychlejší tavení. Vylepšené vyhřívané součásti roztaví plast dostatečně rychle, aby udržely požadované tempo.

• Plasty určené pro vysoké rychlosti. Výrobci materiálů vyvinuli plasty, které se při vysokých rychlostech správně roztavují a ochlazují a zároveň dobře spojují.

Zlepšila se také efektivita. Velké tiskárny nyní mohou místo nití používat malé plastové pelety, což snižuje náklady na materiál. Díky automatickému nastavení, upozorněním na docházející materiál a kamerám, které odhalují vadné výtisky, mohou tiskárny bezpečně běžet i přes noc. Pro vás to znamená rychlejší dodání a nižší ceny za každý výtisk vyrobený technologií FDM.

Jak přesné a odolné jsou výtisky vyrobené technologií FDM?

Přesnost 3D tisku metodou FDM závisí na tloušťce vrstev, na správném nastavení tiskárny a na použitém plastu. Tenčí vrstvy umožňují dosáhnout jemnějších detailů, zatímco silnější vrstvy se tisknou rychleji a jsou pevnější. Profesionální tiskárny FDM jsou konstruovány tak, aby se rozměry dílů co nejvíce blížily zamýšleným rozměrům, obvykle s odchylkou v řádu zlomků milimetru.

Lepší tiskárny

Mnoho profesionálních tiskáren je dnes vybaveno uzavřenou, vyhřívanou komorou kolem tiskaného dílu. Ta udržuje stálou teplotu, takže se díly při ochlazování neohýbají ani nepraskají. K tomu, aby každá vrstva dopadla přesně tam, kam má, přispívají také pevnější rámy a přesnější motory.

Chytřejší software

Moderní software automaticky přizpůsobuje rychlost a chlazení pro každý detail dílu. Některé tiskárny využívají vestavěné kamery ke kontrole první vrstvy a upozorňují vás na problémy hned, jak k nim dojde.

Návrh s ohledem na pevnost

Díly vyrobené technologií FDM jsou nejpevnější podél jednotlivých vrstev a nejslabší mezi nimi, podobně jako vlákna ve dřevě. Nejlepších výsledků dosáhnete tak, že díl umístíte tak, aby hlavní síla působila podél vrstev, použijete silnější vnější stěny a zaoblíte ostré rohy. Náš průvodce návrhem pro 3D tisk tyto tipy podrobně vysvětluje.

Pokud je u daného dílu vyžadována stejná pevnost ve všech směrech nebo velmi hladký povrch, může být vhodnější metoda založená na práškovém tisku, jako je například HP Multi Jet Fusion, nebo dokončovací krok, jako je vyhlazování parou.

Kde se dnes využívá 3D tisk technologií FDM

3D tisk technologií FDM se přesunul z konstrukční kanceláře přímo do výrobních hal. Zde jsou odvětví, ve kterých je jeho přínos největší.

Tovární nástroje představují tichý úspěch technologie FDM. Držák na míru, jehož vyfrézování z hliníku kdysi trvalo týdny, lze dnes vytisknout přes noc z odolného plastu, a to za zlomek původní hmotnosti a nákladů. Mnoho výrobců nyní uchovává náhradní díly ve formě digitálních souborů a tiskne je pouze v případě potřeby, místo aby měli regály plné zásob.

Udržitelnost v oblasti 3D tisku technologií FDM

Technologie FDM vyrábí díly přidáváním materiálu, takže spotřebovává pouze tolik plastu, kolik daný díl vyžaduje. Ve srovnání s vyřezáváním dílu z masivního bloku tak vzniká mnohem méně odpadu, zejména u složitých nebo lehkých tvarů.

Toto odvětví jde ještě dál. Recyklované a rostlinné plasty se stávají mnohem běžnějšími a výrobci tiskáren zavádějí recyklační systémy, které přeměňují nepovedené výtisky a zbytky plastu zpět na nový tiskový materiál.

Pomáhá také tisk na zakázku. Výroba dílů v blízkosti místa, kde jsou potřebné, a pouze v potřebném množství, omezuje nadprodukci, skladování a přepravu. U malých sérií je technologie FDM často ekologičtější volbou než výroba drahé formy.

Omezení a budoucnost 3D tisku technologií FDM

Technologie FDM není vhodnou volbou pro každý díl. Znalost jejích omezení vám pomůže vybrat nejvhodnější metodu.

• Zobrazit čáry vrstev:Povrchy může být nutné zbrousit, natřít nebo vyhladit, aby získaly elegantní vzhled.
• Mezi vrstvami je slabší:Součásti je třeba pečlivě umístit tak, aby byly pevné tam, kde je to důležité.
• Velmi jemné detaily:Drobné detaily se lépe vyrábějí pomocí tisku z pryskyřice.
• Velké množství: I s rychlejšími tiskárnami je 3D tisk obvykle dražší na jeden kus než lisování, jakmile potřebujete kolem 10 000 kusů nebo více. V takovém případě je vstřikování obvykle lepší volbou.

Příští vlna inovací v oblasti 3D tisku technologií FDM se zaměřuje právě na tyto mezery. Můžeme se těšit na tiskárny, které samy rozpoznají a vyřeší problémy, na pevnější díly s vláknovou výztuží, které mohou nahradit kov, a na větší tiskárny pro výrobu rozměrných předmětů, jako jsou formy a díly pro lodě. Jakmile bude testováno a schváleno více materiálů, budou se díly vyrobené technologií FDM šířeji využívat v leteckém průmyslu a ve zdravotnictví.

Chcete-li získat širší přehled o tom, kam směřuje 3D tisk, přečtěte si náš článek o nejnovějších průlomových objevech v oblasti technologie 3D tisku.

Výběr služby 3D tisku technologií FDM

Profesionální služba 3D tisku technologií FDM se vyplatí, pokud potřebujete odolné materiály, přesné díly, velké díly nebo stejnou kvalitu v celé sérii, aniž byste si museli sami pořizovat a provozovat drahé tiskárny. Při porovnávání poskytovatelů se zaměřte na:

• Výběr materiálu: Tisknou pouze běžné plasty, nebo i ty nejpevnější či nejtepelně odolnější plasty, které váš díl vyžaduje?
• Velikost: Dokážou tisknout velké díly v jednom kuse? Díly z jednoho kusu jsou pevnější než lepené části.
• Kontrola kvality: Hledejte certifikáty kvality (ISO 9001) a součásti, které před dodáním procházejí kontrolou.
• Odborná rada: Kvalitní služba před tiskem zkontroluje váš návrh a navrhne, jak jej vylepšit.
• Další možnosti: Pokud se technologie FDM nehodí, mohou váš díl vyrobit jiným způsobem, například pomocí práškového tisku, obrábění nebo lisování?

Společnost Norck nabízí služby 3D tisku technologií FDM v USA a Německu jako součást komplexní nabídky služeb v oblasti 3D tisku a výroby, které jsou podloženy systémem řízení kvality podle normy ISO 9001:2015. Naši inženýři posuzují každý návrh a doporučují nejvhodnější metodu a materiál, ať už se jedná o technologii FDM, jiný typ 3D tisku nebo CNC obrábění.

Jste připraveni zahájit svůj další projekt s technologií FDM? Vyžádejte si cenovou nabídku nebo se zeptejte našeho inženýra.

Závěr

3D tisk technologií FDM se vyvinul z jednoduchého nástroje pro výrobu modelů ve spolehlivý způsob výroby skutečných, použitelných dílů. Rychlejší tiskárny, pevnější materiály, chytřejší software a ekologičtější plasty – to vše rozšířilo možnosti technologie FDM (Fused Deposition Modeling). Pro zkušební modely, výrobní nástroje a malé sériové výroby je to nyní jeden z nejrychlejších a nejdostupnějších způsobů, jak proměnit návrh v hotový díl.

Klíčem je zvolit pro každou součást správnou metodu. Pokud si nejste jisti, zda je technologie FDM vhodná pro váš další návrh, inženýři společnosti Norck jej mohou posoudit a doporučit vám nejlepší řešení. Vyžádejte si cenovou nabídku ještě dnes.