Ako si vybrať správnu technológiu 3D tlače plastov: Multi Jet Fusion, FDM alebo P3?

Vzhľadom na popularitu aditívnej výroby je na trhu množstvo technológií na 3D tlač plastových komponentov. Rozhodnúť sa, ktorú technológiu si vybrať, preto nemusí byť jednoduché. Aby sme vám pomohli vybrať tú správnu technológiu pre vaše potreby, pokúsime sa vám v nasledujúcom článku poskytnúť prehľad troch z nich. Konkrétne ide o technológie Fused Deposition Modelig (FDM), Multi Jet Fusion (MJF) a Programmable PhotoPolymerization (P3).

Podľa minuloročného prieskumu spoločnosti 3Dees Industries a časopisu 3D Printing 72 % respondentov považuje aditívne technológie za alternatívu k súčasným výrobným postupom. Zároveň 53 % spoločností a inštitúcií, ktoré už 3D tlač využívajú, plánuje naďalej rozširovať svoje portfólio v tejto oblasti. Aby sme vám uľahčili potenciálny výber technológie, rozhodli sme sa vám bližšie predstaviť nasledujúce tri možnosti 3D tlače z plastov.

V článku sa tiež dočítate:

• Ako sa používa tavené depozičné modelovanie (FDM)
• Čo je Multi Jet Fuison (MJF)
• Čo je to programovateľná fotopolymerizácia (P3)

Nehorľavé komponenty zo zariadení FDM od spoločnosti Stratasys

Tlačenie pomocou taveného depozičného modelovania (FDM) zahŕňa nanášanie filamentov (vlákien) na tlačový povrch. Filamenty sa tavia a tryska tlačovej hlavy ich ukladá v jednotlivých tenkých vrstvách na tlačovú dosku. Tento proces sa opakuje, kým sa nevytvorí celý objekt. Priemyselná 3D tlačiareň FDM má veľkú uzavretú vyhrievanú komoru, ktorá umožňuje tlačiť aj zložité diely, ktoré by bolo veľmi ťažké vyrobiť inými metódami (napr. obrábaním), a to aj z jedného kusu. Napríklad 3D tlačiareň Stratasys Fortus 450 ponúka stavebný priestor s rozmermi 406 × 355 × 406 mm, zatiaľ čo väčší model Fortus 900 umožňuje tlač na tlačovom priestore s rozmermi 914 × 610 × 914 mm, čo z nej robí ideálnu voľbu pre rozsiahle priemyselné výrobné aplikácie. Aby sa pri 3D tlači týchto zložitých geometrií zabránilo deformáciám, používajú sa podpery, ktoré sa potom odstránia buď ponorením do zmesi vody a roztoku čistiaceho prostriedku (ak sú rozpustné), alebo mechanicky.

Pri výrobe FDM sa používa široká škála materiálov:

• ABS - relatívne ľahký, ale pevný; odolný voči nárazom; relatívne odolný voči chemikáliám
  Použitie: prototypy, automobilové súčiastky, nástroje

• Nylon - pevný, ale pružný; odolný voči oderu a chemikáliám; teplotne stabilný
  Použitie: Ložiská, funkčné mechanické diely, závity

• ASA - pevný, odolný; UV stabilita (nedeformuje sa, nežltne na slnku); chemická odolnosť
  Použitie:

• PEKK - veľmi pevný, odolný voči vysokým teplotám (do 260 °C) a chemikáliám; nehorľavý; biokompatibilný
  Použitie:

• Ultem 9085 - ľahký, ale veľmi pevný a odolný; odolný voči chemikáliám a teplotám; samozhášavý; certifikovaný pre letecký priemysel
  Použitie: letecký priemysel, automobilový priemysel, medicína, vojenské aplikácie

3D tlačiarne FDM spoločnosti Stratasys majú aj ďalšie materiály certifikované na použitie v leteckom a železničnom priemysle. Okrem vyššie uvedených aj Antero 800NA, ktorý sa vyznačuje vysokou pevnosťou, tepelnou a chemickou odolnosťou. Pre železničné aplikácie je vhodný napríklad materiál Covestro Addigy, ktorý je pevný, odolný a zachováva si svoje vlastnosti aj pri vysokých teplotách.

Medzi výhody 3D tlačiarní FDM patrí jednoduchosť použitia. Využívajú ich napríklad vývojári prototypov, ktorí môžu rýchlo overiť návrh pred sériovou výrobou. Zároveň sú 3D tlačiarne FDM vhodné na výrobu náhradných dielov alebo výrobkov na mieru, ktorých výroba môže byť náročná. Využíva sa napríklad aj na výrobu rôznych krytov pre elektroniku.

Zložité geometrické tvary nie sú prekážkou

V prípade technológie Multi Jet Fusion (MJF ) ide o pokročilejšiu technológiu, ktorá pracuje na báze práškového materiálu - najčastejšie PA12, PA11 alebo TPU. Vďaka vysokej rýchlosti tlače, ktorá prekonáva laserové technológie, ako je napríklad SLS, je vhodná nielen na výrobu prototypov a malých sérií, ale aj na plnohodnotnú sériovú výrobu.

Proces tlače je založený na jednoduchom postupe. Najprv sa nanesie stavebný materiál (jemne mletý plastový prášok) v tenkej vrstve, potom sa na definovaných miestach vstrekne absorpčné (taviace) činidlo a nakoniec sa vrstva spení pomocou výkonných taviacich lámp. Tento proces sa opakuje, až kým sa nedokončí celá tlačová úloha.

Jednou z kľúčových výhod tejto technológie je stála rýchlosť tlače - jedna vrstva sa vytvorí približne za 10 sekúnd bez ohľadu na zložitosť modelu. Tlač stavebnej plochy s rozmermi 380 × 284 × 380 mm na zariadení HP Jet Fusion 5200 trvá zakaždým 11,5 hodiny. Celkový čas výroby je teda konštantný, čo umožňuje lepšiu organizáciu výroby.

Výhodou technológie Multi Jet Fusion je jej vysoká presnosť a opakovateľnosť. Zároveň je táto technológia vhodná aj na výrobu zložitých geometrických tvarov, ktoré by sa inými metódami ťažko dosahovali, pretože počas tlače nevyžaduje žiadnu podporu.

Výtlačky sa môžu pochváliť aj vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami a možno ich použiť v náročných aplikáciách vrátane funkčných prototypov a finálnych výrobkov. Technológia MJF podporuje širokú škálu materiálov a umožňuje výber medzi pružnými, pevnými a tepelne odolnými dielmi. Okrem toho v porovnaní s FDM majú výtlačky MJF jemnejší povrch bez viditeľného vrstvenia.

Aplikácie od zubných modelov po letecký priemysel

Na záver predstavíme technológiu vysoko presnej 3D tlače - programovateľnú fotopolymerizáciu (P3). Využíva fotopolymérovú živicu, ktorá reaguje na UV svetlo. Projektor s rozlíšením 5K, ktorý premieta toto svetlo, vytvrdzuje osvetlené oblasti tlače. Jednotlivé vrstvy majú hrúbku mikrometrov, čo umožňuje vytvárať veľmi detailné komponenty s hladkým povrchom. Technológia P3 umožňuje tlač v konštrukčnom priestore 192 × 108 × 370 mm (7 672 cm³), čo poskytuje dostatočný priestor na výrobu malých a stredne veľkých súčiastok s vysokou presnosťou.

P3 udržiava konštantnú teplotu počas celého procesu, čím zabezpečuje, že prvý a posledný diel sú úplne rovnaké. Táto technológia tiež minimalizuje deformáciu súčiastok.

Komponenty vytlačené na P3 sa vyznačujú dlhou životnosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu. Výhodou je možnosť výberu materiálu podľa aktuálnych potrieb - či už ide o pevný, pružný, priehľadný alebo teplotne odolný materiál. Ale aj biokompatibilný, vďaka čomu je vhodný na použitie v lekárskom a zubnom sektore - napríklad pri výrobe vysokokvalitných zubných modelov, dlah a chirurgických šablón.

Vďaka svojim vlastnostiam, ako je nízka hmotnosť, vysoká pevnosť a teplotná odolnosť, sa P3 používa v aplikáciách, ako jeletecký priemysel. Jeho odolnosť voči chemikáliám a vysokým teplotám zasa umožňuje jeho použitie vautomobilovom priemysle, napríklad pri výrobe tesnení alebo krytov. Používa sa aj v mnohých ďalších priemyselných odvetviach.