Od skenovania k tlači: synergia 3D skenovania a 3D tlače v modernom priemysle

3D tlač sa už dlho nevníma len ako nástroj na výrobu prototypov, ale ako plnohodnotná technológia na malosériovú výrobu. Jej výrobky preto musia spĺňať prísne normy a požiadavky - či už z hľadiska funkčnosti a rozmerovej presnosti, alebo vnútornej homogenity materiálu. Tu prichádza na rad 3D skenovanie, ktoré poskytuje riešenie na kontrolu dodržiavania týchto noriem.

V článku sa ďalej uvádza:

• Ako 3D skenovanie pomáha pri 3D tlači
• Aké typy 3D skenerov existujú
• Príklady súčinnosti 3D tlače a 3D skenovania v praxi

Eliminácia vonkajších vplyvov pred tlačou

Pri výrobe dielov pomocou aditívnych technológií sa zvyšujú nároky nielen na presnosť finálnych dielov, ale aj na opakovateľnosť výroby. Chceme mať istotu, že keď o mesiac pošleme model CAD do tlačiarne, vyrobíme rovnaký výrobok ako dnes. A keďže každá technológia 3D tlače je citlivá na určité vonkajšie faktory, ako sú teplo, vlhkosť, gravitácia, vnútorné napätie materiálu, rýchlosť chladenia alebo následné spracovanie, vzniká potreba kontroly 3D vytlačených dielov.

"3D skenovanie zohráva pri 3D tlači kľúčovú úlohu. Pomáha nám vytvoriť know-how na prácu s modelom pred tlačou a zabrániť nežiaducim deformáciám. Zároveň pomáha výrobcom zachytiť odchýlky spôsobené vonkajšími vplyvmi, zapracovať ich do zariadenia a zabezpečiť tak jeho spoľahlivosť."

Robert Navrátil, manažér 3D skenovania, 3Dees Industries

Okrem toho sa konštrukcia 3D tlačených komponentov stáva čoraz zložitejšou v dôsledku snahy minimalizovať plytvanie materiálom. Najmä v leteckom priemysle, kde sa používajú drahé titánové materiály. Preto sa vyžaduje dokonalá tuhosť a nosnosť, ale zároveň čo najnižšia hmotnosť.

"Konštruktéri preto volia vnútorné prútové štruktúry, aby bol diel ľahší. Je však mimoriadne dôležité, aby bol každý prút pevný a na svojom mieste, a zároveň musí mať správny priemer a žiadne vnútorné chyby. V tomto prípade sa to nedá skontrolovať inak ako 3D skenovaním."

Robert Navrátil, manažér 3D skenovania, 3Dees Industries

3D skener: keď oko a kaliber nestačia

Na overenie parametrov nie je vždy možné použiť konvenčné metódy, ako je meter, kaliper alebo oko. Pri kontrole zložitejších geometrických tvarov a vnútorných štruktúr sú veľkým pomocníkom 3D optické skenery. Tie využívajú laser alebo svetelný pás na bezkontaktné skenovanie objektu.

Do tejto kategórie patria laserové skenery, ako napríklad Zeiss T-SCAN hawk 2. Používajú sa tam, kde sa kladie dôraz na rýchlosť skenovania. Zároveň sa používajú na skenovanie stredne veľkých a väčších objektov od približne 10 cm do 3 metrov.

Ak však potrebujete detailne skenovať menšie a zložitejšie diely s vysokou presnosťou, používajú sa najmä 3D okrajové skenery. Tie sú ideálne pre diely od 10 mm do približne pol metra. Jeho použitie je veľmi jednoduché a spočíva v umiestnení súčiastky na otočný stôl, ktorý sa počas skenovania sám otáča.

Vhodné pásové projekčné skenery sa vyrábajú v dvoch variantoch:

• Jedným z nich je cenovo dostupnejší GOM Scan 1. Ten je ideálny z hľadiska pomeru ceny a výkonu. Predáva sa v troch pevných meracích objemoch, čo ho obmedzuje pri práci s objektmi rôznych veľkostí. Inak sa však vyznačuje vysokou presnosťou. Na jeden záber zachytí 6 miliónov bodov.

• Druhou verziou je technologicky vyspelejší ATOS Q, ktorý je k dispozícii vo verziách 8 a 12 Mpx. Je vhodná pre náročnejšie priemyselné aplikácie, ktoré vyžadujú vysoké rozlíšenie a presnosť. Má tiež vymeniteľné objektívy, čo z neho robí univerzálny nástroj na kontrolu malých aj väčších dielov.

Treťou skupinou je CT skenovanie. To umožňuje nielen kontrolu povrchu, ale aj analýzu vnútorných štruktúr materiálu, teda vnútorných defektov. Ich použitie je veľmi jednoduché - technik jednoducho vloží súčiastku do prístroja, ktorý už urobí všetku prácu za neho. Táto technológia však stále patrí k tým drahším - ich cena sa pohybuje od dvoj- až trojnásobku ceny vyššie uvedených skenerov.

Pomocník v boji proti deformáciám

A na čo vlastne slúžia 3D skenery? Používajú sa z dvoch dôvodov.

Prvým je kontrola, t. j. kontrola vytlačeného dielu. Či už z hľadiska rozmerov, presnosti tvaru alebo identifikácie odchýlok. Druhým dôvodom je reverzné inžinierstvo, keď práve modelujete diel na 3D tlač ako náprotivok existujúceho dielu, alebo keď upravujete či optimalizujete nejaký komponent.

"Veľkou výhodou je, že vytlačený diel môžete naskenovať a porovnať s pôvodným modelom CAD. Takto môžete vidieť, aké deformácie má súčiastka. Softvér potom dokáže upraviť pôvodný model CAD invertovaním odchýlok a preddeformovať ho. Druhá tlač bude potom oveľa presnejšia."

Robert Navrátil, manažér 3D skenovania, 3Dees Industries

Pri práškovej 3D tlači môže dôjsť k určitej deformácii v dôsledku tepla alebo vlhkosti. Ak teda v komponente vznikne diera, ktorá je v priemere o jednu desatinu väčšia, konštruktér bude vedieť, že ju má v modeli "predformovať" o jednu desatinu väčšej, aby v budúcnosti zodpovedala požiadavkám.

"To isté platí aj pre vplyv gravitácie. V okamihu, keď konštruktér vytlačí súčiastku, ktorá je ešte v polotuhom stave, zohľadní hmotnosť prášku pôsobiacu na súčiastky pod ňou. Na základe toho potom prijme opatrenia, aby zabránil deformácii."

Robert Navrátil, manažér 3D skenovania, 3Dees Industries

Keď sme napríklad v našom centre aditívnych aplikácií Paarts tlačili na 3D tlačiarni Xact Metal XM200C diel určený na následné obrábanie, zistili sme, že celé rameno dielu sa ohýba nesprávnym smerom; nebolo by čo obrábať. Preto sme na model CAD aplikovali väčšiu prídavnú hodnotu a druhá kovová 3D tlač bola v poriadku.

Synergia 3D skenovania a 3D tlače prináša do priemyselnej výroby novú éru presnosti a efektívnosti. Umožňuje kontrolu kvality modelu vo fáze prípravy, a tým aj možnosť vyhnúť sa deformáciám. Ponúka tiež spôsob, ako rýchlo nahradiť poškodené diely, staré a vyradené diely, optimalizovať nové komponenty a vyrábať zákazky na mieru.

Spoločnosti, ktoré dokážu efektívne kombinovať 3D tlač a 3D skenovanie, môžu nielen urýchliť výrobný proces a minimalizovať zmetkovitosť, ale aj optimalizovať dizajn výrobku alebo počet vratiek. Význam 3D skenovania v priemysle neustále rastie a tí, ktorí chcú držať krok s technologickým pokrokom, by sa oň mali čo najskôr zaujímať.