Od skenu k tisku: Synergie 3D skenování a 3D tisku v moderním průmyslu

3D tisk už dávno není vnímán jen jako nástroj pro tvorbu prototypů, ale jako plnohodnotná technologie malosériové výroby. Jeho produkty proto musí splňovat přísné normy a požadavky – ať už z hlediska funkčnosti a tvarové přesnosti nebo vnitřní homogenity materiálu. A právě zde přichází na řadu 3D skenování, které přináší řešení, jak dodržování těchto norem kontrolovat.  

V článku se dále dočtete: 

• Jak pomáhá 3D skenování při 3D tisku 
• Jaké existují typy 3D skenerů 
• Příklady synergie 3D tisku a 3D skenování v praxi 

Eliminace vnějších vlivů ještě před tiskem 

Při výrobě dílů pomocí aditivních technologií rostou požadavky nejen na přesnost finálních dílů, ale také na opakovatelnost výroby. Chceme mít jistotu, že když za měsíc pošleme CAD model do tiskárny, vytvoříme totožný produkt jako dnes. A protože každá technologie 3D tisku je citlivá na určité vnější faktory, jako například teplo, vlhkost, gravitaci, vnitřní pnutí materiálu, rychlost chlazení nebo postprocessing, vyvstává potřeba 3D tištěné díly kontrolovat.  

„3D skenování hraje při 3D tisku klíčovou roli. Pomáhá nám budovat know-how, jak s modelem pracovat ještě před samotným tiskem a předejít nežádoucím deformacím. Zároveň pomáhá výrobcům podchytit odchylky způsobené vnějšími vlivy, zapracovat je do zařízení a zajistit tím jeho spolehlivost.“ 

Robert Navrátil, 3D scanning manager, 3Dees Industries 

Komponenty z 3D tisku jsou navíc čím dál složitěji konstruované kvůli snaze minimalizovat odpadový materiál. Zejména pak v leteckém a kosmickém průmyslu, kde se používají drahé titanové materiály. Proto je zde požadavek perfektní tuhosti a nosnosti, ale zároveň co nejnižší hmotnosti. 

„Konstruktéři proto volí vnitřní prutové struktury, aby díl odlehčili. Je ale extrémně důležité, aby byl každý prut v pořádku a na svém místě, zároveň musí mít správný průměr a žádné vnitřní vady. V takovém případě si to neověříte ničím jiným než právě 3D skenováním.“ 

Robert Navrátil, 3D scanning manager, 3Dees Industries 

3D skener: když oko a posuvka nestačí 

Ne vždy je možné k ověření parametrů použít konvenční metody jako jsou metr, posuvka, kalibr nebo oko. Při kontrole složitějších geometrií a vnitřních struktur jsou skvělým pomocníkem optické 3D skenery. Ty využívají laser nebo proužkové světlo k bezkontaktnímu snímání objektu. 

Do této kategorie spadají laserové skenery, jako například Zeiss T-SCAN hawk 2. Ty nacházejí uplatnění v případech, kdy je kladen důraz na rychlost skenování. Zároveň se používají při kontrole středních a větších objektů zhruba od 10 cm do 3 metrů. 

Když však potřebujete detailně naskenovat menší a složitější díly s vysokou přesností, používají se zejména 3D skenery s proužkovou (fringe) projekcí. Ta je ideální pro díly od 10 mm do cca půl metru. Uživatelsky je velmi snadná, spočívá v tom, že se díl položí na rotační stolek, který se sám otáčí, zatímco se komponent skenuje. 

Vhodné skenery s proužkovou projekcí existují ve dvou variantách: 

• Jednou je cenově dostupnější GOM Scan 1. Ten je ideální v poměru cena-výkon. Prodává se ve třech pevně daných měřicích objemech, což ho limituje při práci s různě velkými objekty. Jinak se ale vyznačuje vysokou přesností. V jednom záběru zachytí 6 milionů bodů.  

• Druhou verzí je technologicky pokročilejší ATOS Q, který je dostupný v  8 a 12Mpx verzi. Je vhodný pro náročnější průmyslové aplikace, které vyžadují vysoké rozlišení a přesnost. Zároveň má vyměnitelné objektivy, což z něj činí univerzálního pomocníka na kontrolu jak malých, tak i větších dílů.  

Třetí skupinou je pak CT skenování. To umožňuje nejen povrchovou kontrolu, ale také analýzu vnitřních struktur materiálu, tedy i vnitřních vad. Uživatelsky jsou velice jednoduché – technik zkrátka vloží komponent do přístroje, který už odvede veškerou práci za něj. Nicméně tato technologie se stále řadí mezi finančně nákladnější – jejich cena se pohybuje na dvojnásobku až trojnásobku ceny výše zmíněných skenerů. 

Pomocník v boji proti deformacím 

A k čemu nám vlastně 3D skenery jsou? Používají se hned ze dvou důvodů. 

Prvním je inspekce, tedy kontrola vytištěného dílu. Ať už z hlediska rozměrů, tvarové přesnosti či identifikace odchylek. Druhým důvodem je reverzní inženýrství, kdy díl pro 3D tisk teprve modelujete jako protikus k existujícímu dílu, nebo když nějaký komponent modifikujete či optimalizujete.  

„Velkou výhodou je, že si vytištěný díl můžete naskenovat a porovnat s původním CAD modelem. Tím zjistíte, jaké má komponent deformace. Software je pak schopný upravit původní CAD model tak, že invertuje odchylky a předdeformuje ho. Druhý výtisk tak už bude mnohem přesnější.“ 

Robert Navrátil, 3D scanning manager, 3Dees Industries 

U práškového 3D tisku může docházet k určitým deformacím způsobeným vlivem tepla či vlhka. Když tedy na komponentu vznikne díra v průměru o desetinu menší, konstruktér bude pro příště vědět, že ji má v modelu „předdeformovat“ o desetinu větší, aby ve výsledku odpovídala požadavkům. 

„To stejné platí u vlivu gravitace. Ve chvíli, kdy technik tiskne komponent, který je ještě v polotuhém stavu, bude počítat s tím, že hmotnost prášku působí na části pod ním. Na základě toho pak podnikne kroky, aby se deformaci vyhnul.“ 

 Robert Navrátil, 3D scanning manager, 3Dees Industries  

Když jsme například u nás v aplikačním centru Paarts Additive tiskli na 3D tiskárně XM200C od Xact Metal díl určený k následnému obrábění, tak jsme zjistili, že se celé ramínko dílu ohýbá ve špatném směru, nebylo by co obrábět. Proto jsme aplikovali na CAD modelu větší přídavek a druhý kovový 3D výtisk už byl v pořádku.  

Synergie 3D skenování a 3D tisku vnáší do průmyslové výroby novou éru preciznosti a efektivity. Umožňuje kontrolu kvality modelu už v přípravné fázi, a tím také možnost vyhnout se deformacím. Nabízí také způsob, jak rychle nahradit poškozené díly, staré a již nevyráběné součástky, optimalizovat nové komponenty a zhotovit customizované zakázky.   

Firmy, které umějí efektivně propojit 3D tisk a 3D skenování, mohou nejen zrychlit výrobní proces a minimalizovat zmetkovitost, ale také optimalizovat konstrukci výrobků nebo počet reklamací. Význam 3D skenování v průmyslu neustále roste a kdo chce držet krok s technologickým pokrokem, měl by se o něj zajímat co nejdříve.