Professzionális asztali 3D nyomtatók ipari felhasználásra

A 3D nyomtatás napjainkban különös népszerűségnek örvend, mégpedig azért, mert az additive gyártási technológia immáron elérhetővé vált a végfogyasztók számára is. Noha újkeletűnek tűnhet, a rétegről rétegre történő modellépítés már régóta használt technológiának számít az ipari termékfejlesztési láncban.

800_DSC_0035

Az ipari termék- és formatervezésben a 3D nyomtatás jelentősen lerövidítheti a termék piacra jutásának idejét, lecsökken a termékfejlesztési ciklus, a gyorsan előállított funkcionális prototípusokkal hamarabb tesztelhetővé válik a produktum. Noha elviekben az ipari 3D nyomtató berendezések technológiája megegyezik az otthoni illetve irodai felhasználásra szánt asztali 3D nyomtatók működésével, a funkcionális, tesztelésre szánt prototípusokkal szemben támasztott minőségi követelmények sokkal szigorúbbak annál, amelyre az elérhető árú 3D nyomtatók képesek lennének.

Egy funkcionális 3D nyomtatott prototípusnak alkalmasnak kell lennie terheléses próbákra, így szilárdsági tulajdonságainak meg kell közelíteni a tervezett sorozatgyártott termék jellemzőit. Vagyis, ha egy fröccsöntött műanyag elem próbadarbját készítjük el 3D nyomtatással, annak ugyanolyan húzó, nyomó- és nyírószilárdsággal kell rendelkeznie, mint a fröccsöntött alkatrésznek.  Előfordulhat, hogy hőhatásnak és vegyi hatásoknak is ellen kell állnia a prototípusnak, ezeknek a követelményeknek a gyakorlatban használt ABS és PLA szálakkal dolgozó FDM nyomtatók pedig nem tudnak eleget tenni.
Gyakran előfordul továbbá, hogy a 3D nyomtatás célja a majdani termékhez készült mesterdarab előállítása, esetleg a prototípusok fröccsöntéséhez illetve kiöntéséhez használatos, úgynevezett protoszerszám vagy öntőforma létrehozása. Ezen esetekben a 3D nyomtatóból kikerült termék felületének tökéletesen simának kell lennie, hiszen az összes többi darab ez alapján készül majd el, így a legkisebb hibák is sokszorozódhatnak a prototpusgyártás során. A mesterdarabról ezután levehető a szilikon öntőforma, de készülhet a negative geometria 3D nyomtatással is.

Ezeknek a speciális feltételeknek – tökéletes felület, hőállóság, nagy szilárdság – cask az ipari műanyagok felelnek meg, azok közül sem mindegyik. A fröccsöntött műanyag alkatrészek nagy része ABS műanyagból készül, ez az anyag azonban – viszonylag magas olvadáspontja ellenére – már 100 Celsius körül lággyá képlékennyé válik, és elveszti szilárdságát. Éppen ezért, az FDM technológiát használó 3D nyomtatók jelentős része alkalmatlan ipari prototípusok gyártására, néhány kivételtől eltekintve. Az egyik kivétel az előző bejegyzésben ismertetett Leapfrog Creatr professzionális 3D nyomtató, amely képes kimosható támaszanyaggal is nyomtatni a 2 extrudáló fejének köszönhetően, és 50 mikronos felbontása a legjobb a kategóriában. Ipari prototípusok előállításához, különösen, ha a probadarabot hőhatásnak is ki szeretnénk tenni, a HIPS (High Impact Polystyrene) műanyagszálak a legalkalmasabbak, ezek fizikai tulajdonságai közelítenek ugyanis a leginkább a fröccsöntött műanyag alkatrészekhez. Vegyszerállósága és szilárdsága, valamint hőállósága is jelentősen jobb, mint a normál 3D nyomtatáshoz használt ABS és PLA műanyagszálaknak. Szerencsére az áruk nagyjából megegyezik a szokásos filament árakkal, ráadásul magyar beszállító is rendelkezésre áll, amennyiben HIPS 3D nyomtató filament beszerzésére adjuk a fejünket. Gazdaságossági szempontból ez a konstrukció (Leapfrog Creatr + HIPS filament) a legkedvezőbb, hiszen Magyarországon raktárról alig 700 ezer Ft a kétfejes változat.

Vannak azonban olyan esetek, amikor az FDM technológiát használó 3D nyomtatók legjobbja sem képes megfelelő minőséget produkálni. Itt lépnek be a játékba a kizárólag professzionális felhasználásra szánt, méregdrága SLS és DLP 3D nyomtató készülékek. Ebben a szegmensben már viszonylag ritkán találkozhatunk asztali 3D nyomtatóval, jóllehet igény lenne rá, hiszen nem minden tervezőiroda szeretne az irodatérbe egy szekrény méretű monstrumot, amely ráadásul gyakran jelentős hőterhelést is jelent az üzemtérnek. Ebben a bejegyzésben igyekszem azokat a modelleket összeszedni, amelyek még elférnek egy íróasztalon, és üzemeltetésük nem jár különösebb zaj-, por- és hőhatással.

objet301

A fotopolimerekkel dolgozó 3D nyomtatók előnye a nagy felbontás (kicsi rétegvastagság), valamint az Objet PolyJet technológiájának köszönhetően a szélesanyagválaszték. Egy Objet 30 Pro 3D nyomtató esetében például a feladatnak megfelelően 7 féle anyagból választhatunk, a VeloWhite és társaitól elkezdve a speciálisan fogászati célokra fejlesztett Dental resineken keresztül a nagy hőterhelést is kibíró RGD525 típusjelű alapanyagig (link itt). VeloClear anyaggal az Objet 30 asztali 3D nyomtatója 16 mikronos felbontásra is képes, ezáltal tökéletes megoldást jelent ipari prototípusok és mesterdarabok 3D nyomtatására, a különleges anyagok (amelyekkel ugyan “csak” 28 mikronos felbontásra képes) pedig bármilyen speciális igényt képesek kielégíteni. Ezzel a géppel akár 30x20x10cm3-es tárgyak is készíthetőek, így a legtöbb professzionális feladat elvégzésére alkalmas. Az Objet asztali 3D nyomtatója már eggyel magasabb árfekvésű, mint a Leapfrog Creatr, vannak azonban olyan esetek, amikor csak ezzel a készülékkel kapjuk a kívánt eredményt. Az induló ára körülbelül 40 ezer Euró, amely azért jelentősen megterhelheti a kisebb irodák költségvetését. Ráadásul az alapanyagot tartalmazó cartridge-k sem valami olcsóak, 30 ezer Ft körül van egy alig félkilós kazetta az alapanyagból, és körülbelül fele ennyi a támaszanyag. A minőségnek sajnos ára van.

Objet302

blueprinter2

Vannak olyan terheléses próbák, ahol elengedhetetlen, hogy a próbatest a majdani műanyag elemmel csaknem megegyező szilárdsági tulajdonságokkal rendelkezzen. Összeépíthetőségi, szerelési és törési próbáknál már nem elég, hogy a felület tökéletes legyen, továbbá önmagában a hőállóság sem elegendő, ha nem párosul hozzá kellő szilárdság. Az SLS (Selective Laser Sintering) technológiát használó 3D nyomtatók azért terjedtek el ezekre a feladatokra, mert az így készült poliamid és nejlon prototípusok közelítik meg a legjobban egy fröccsöntött műanyag alkatrész mechanikai jellemzőit. Az SLS 3D nyomtatási technológia bővebb leírását magyar nyelven megtalálhatjátok a linkre kattintva.  Az eljárás lényege, hogy a nyomtatófej rétegről rétegre, lézersugárral megolvasztja az alapanyagot (műanyag- vagy fémpor), ezáltal a rétegek hasonló módon összeolvadnak, mint a fröccsöntés alkalmával. Néhány DLP 3D nyomtatóban is lézer működik, azonban ott a fotopolimert kék lézerrel szilárdítják meg (ott elég egy kis teljesítményű, 3-5W-os lézer), amíg az SLS 3D nyomtatóknál a lézersugarak által fejlesztett hő biztosítja az alapanyag megszilárdulását. Itt már nagyobb teljesítményű, 30-50 W-os lézerfejekre van szükség, amely működés közben is jelentős hőt ad le. A Professzionális, fémmel is nyomtatni képes SLS gépek, mint az EOS cég modelljei, vagy a Stratasys Fortus munkaállomásai tobbszázezer Euróba is kerülhetnek, így még a nagy cégek is inkább a bérnyomtatást választják, ha ilyen prototípusokra van szükségük. Létezik azonban egy hybrid technológia, amely rendelkezik az SLS módszer minden előnyével, mégis megfizethető áron lehet hozzájutni. Az SHS (Selective Heat Sintering) 3D nyomtatók ugyanúgy hővel dolgoznak, azonban lézer helyett elektromos fűtésű nyomtatófejjel olvasztják össze a műanyagpor rétegeket.

blueprinter1

Az SHS eljáráson alapuló professzionális 3D nyomtatók már egy fokkal kedvezőbb árfekvésűek, párszázezer Euro helyett néhány tízezerért már megvásárolható a Blueprinter SHS 3D nyomtatója, amelyet volt szerencsém alaposan szemügyre venni még a birminghami TCT Show keretein belül. A dán cég 3D nyomtatója 100 mikronos felbontásra képes, a technológia miatt nem igényel támaszanyagot, a fel nem használt műanyagpor pedig 100%-ban újra felhasználható. 16x20x14cm3-es tárgyak előállítására alkalmas, sebessége óránként 5-7 mm. Az alapanyag viszont nem túl drága, 15 ezer Ft körül lehet beszerezni 1kg műanyagport, viszont egyedül fehér színben érhető el. A legkisebb nyomtatható falvastagság 1mm, ennél vékonyabb szerkezeteket nem képes szépen produkálni. Terheléses próbákra készülő prototípusok előállítására a legalkalmasabb, ahol nem gond, hogy a 100 mikronos felbontásnak köszönhetően a felület nem teljesen sima.

Az ipari 3D nyomtatók felső kategóriáját a fémmel is nyomtatni képes SLS gépek és a kompozit anyagokkal is dolgozni képes, valamint full-color 3D nyomtatók képviselik. Ezek a készülékek rendszerint többszázezer Euroba kerülnek, fenntartásuk és beszerzésük csak a komolyabb cégek számára lehetséges. Az EOS illetve Stratasys SLS gépek, valamint a Renishaw és Arcam újabb modelljei ezüsttel, rozsdamentes acéllal, szerszámacéllal és titánnal is képesek 3D nyomtatni, egy multimaterial PolyJet nyomtatóval vagy a 3DSystems Projet gépeivel pedig többféle anyagú és színű, valósághű prototípusok gyárthatóak. Ezekből a gépekből alig néhány van az országban.

A sorból kimaradt, de léteznek további, nagyfelbontású SLA 3D nyomtatók, amelyek az Objet-ekhez hasonlóan UV-resin alapanyaggal dolgoznak, azonban általában nagyon kicsi a munkaterületük (néhány centimeter), így csak speciális feladatokra, például fogászati vagy ékszeripari célokra használatosak. Egy későbbi bejegyzésben még külön less szó az ékszerészet és 3D nyomtatás kapcsolatáról, addig is remélem érdekes volt ez a kis kitekintés az ipari célú 3D nyomtatók felé az otthoni felhasználásra szánt asztali 3D nyomtatók után.

Reklámok

About bonooobong

parametric | architecture

5 comments

  1. Visszajelzés: Új asztali 3D nyomtatók a CES-en | parametric | art

  2. Visszajelzés: Egyedi generatív ékszerek 3D nyomtatással | parametric | art

  3. Visszajelzés: 3D nyomtatás a Construma-n | parametric | art

  4. Visszajelzés: 3D nyomtatási tervezési verseny | parametric | art

  5. Visszajelzés: SLS eljárással 3d nyomtatott nikkelezett acél gyűrű | andrea_shepherd

Vélemény, hozzászólás?

Adatok megadása vagy bejelentkezés valamelyik ikonnal:

WordPress.com Logo

Hozzászólhat a WordPress.com felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Twitter kép

Hozzászólhat a Twitter felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Facebook kép

Hozzászólhat a Facebook felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Google+ kép

Hozzászólhat a Google+ felhasználói fiók használatával. Kilépés / Módosítás )

Kapcsolódás: %s

%d blogger ezt kedveli: