Zajímavou technologií, která může výrazně proměnit zažitý způsob produkce menších kovových dílů, je binder jetting, jež se zatím v řadě případů jeví v podstatě jako jediná možnost pro sériovou výrobu určitých dílů. A právě proto si postupně nachází v průmyslu své místo.
3D tisk z kovového prášku za pomoci různých technologií už není v průmyslu žádnou novinkou, technologiemi PBF (powder bed fusion — fúze práškového lože) či BMD (bound metal deposition — nanášení vázaného kovu) se běžně vyrábějí nejrůznější díly či prototypy nových či inovovaných dílů.
Podobně jako inkoustový tisk
Binder jetting (tryskání pojiva) stojí v principu na podobném základu jako metoda PBF, avšak na rozdíl od ní nedochází při tisku k přímému spékání kovového prášku za pomoci laseru, ale pouze k jeho lepení a následnému slinování v sintrační peci podobně, jako je tomu u BMD. Tyto tiskárny tedy tisknou velmi podobě jako klasické inkoustové tiskárny na papír, akorát s tím rozdílem, že místo papíru se na plochu v tiskové komoře válečkem nanáší zhruba 35—140 μm tenká vrstvička kovového prášku a místo inkoustu se používá pojivo, přičemž většinou se jedná o tekutý materiál na bázi latexu. Z hlediska hustoty je pojivo podobné vodě, protože je potřeba jej protlačit jemnými tryskami o průměru zhruba 20 μm. Tisk je relativně velmi rychlý, nanést jednu vrstvu prášku včetně pojiva trvá zhruba 5 s. Podle CAD modelu se tedy jednotlivé vrstvy skládají na sebe, a tak se postupně vytváří celý trojrozměrný objekt. Při tisku je možné využít celý objem komory a díly tisknout i nad sebe. „Když se podíváte na obrázky z výroby, vypadá to, jako kdyby tištěné kusy levitovaly nad sebou. Ale to je jen optický klam, všude okolo dílů je volný (neslepený) prášek, v němž jsou vyráběné objekty uloženy, a tento volný prášek slouží zároveň i jako podpěra. Navíc záhy po vytištění materiál vytvrdne tak, že se s výtiskem dá bez problémů manipulovat bez rizika jeho poškození,“ říká Matyáš Chaloupka, obchodní a aplikační inženýr ze společnosti 3Dees Industries. Při samotném tisku, který probíhá při pokojové teplotě, se nevyžaduje prostředí inertní ochranné atmosféry ani vakua a bez ohledu na složitost tvaru či třeba vnitřní struktury trvá zhruba 11 hodin.
Hotové výtisky putují do komory stanice na odstranění prášku, kde se vibračně oddělí od nepoužitého prášku. Výtisky není v běžných aplikacích potřeba nijak ručně dočišťovat ani dále obrábět, což výrazně zkracuje čas výroby a zároveň ji i zlevňuje. Následně jsou vkládány do sintrační pece s ochrannou atmosférou, kde se během 24 hodin použité pojivo vypaří a kovový materiál sline dohromady. Podle Matyáše Chaloupky mají vytištěné díly po sintraci izotropní mechanické vlastnosti, protože se spékají jako jeden kus.
I tisíc drobných (třeba i různých) dílů najednou
„Během 36 hodin je možné vytisknout v jednom boxu o objemu 27 l klidně i tisíc různých dílů. Různých proto, že lze tisknout různé geometrie v rámci jedné tiskové úlohy. A právě proto je technologie binder jetting vhodná pro malou až středně velkou sériovou výrobu o tisících kusech,“ říká a dodává, že konstantní časy tisku i sintrace jsou důležité i pro automatizaci výroby. Zároveň ji lze využít i v rámci vývoje a vytisknout si najednou třeba 10 různých variant výrobku a ty poté testovat najednou. „Oproti konvenčním postupům výroby, jako je MIM či odlévání a následné obrábění dílu, je binder jetting v konečném důsledku levnější a cena za hotový díl může být nižší,“ pokračuje. Technologií binder jetting se produkují nejčastěji menší, tvarově složité díly či různé nástroje, k čemuž se používají typicky různé oceli. Vzhledem k tomu, že tisk probíhá za normálních teplotních podmínek a nedochází k přímému tavení při tisku, ovšem tiskárny zvládají pracovat i s materiály, na něž jsou ostatní technologie krátké. Může jít například o čistou měď, která má nízkou teplotu tavení, ale velkou tepelnou vodivost a optickou odrazivost a pro laserové spékání tedy není jednoduše zpracovatelná. Tisknout lze také třeba z karbidů. „Karbidy se využívají pro výrobu řezných destiček. V rámci 3D tisku se pak dají takto vyrábět geometricky složitější řezné destičky či různé vrtáky, v nichž jsou uvnitř různé složitě modelované kanálky například pro chlazení.“ Tisknout se dá ale i drahými kovy, proto binder jetting našel uplatnění i ve šperkařství. Kromě kovů lze při tisku pracovat i s průmyslovou keramikou či písky. [Pro úplně dokreslení je nutné dodat, že kvůli použití pojivového materiálu není technologie vhodná pro veškeré typy konstrukčních dílů, následné slinování ovlivňuje i výsledné rozměry. Dodatečné následné zpracování navíc může celý proces i významně prodlou-žit — pozn. red.]
Bez zbytečné přepravy
Velkou výhodou binder jetting je také fakt, že do jisté míry přispívá k digitalizaci průmyslu. Matyáš Chaloupka tím míní, že s takovou možností tisku není třeba udržovat velký sklad náhradních dílů. „Na malém skladu stačí mít jen jejich nezbytně nutné množství a k tomu stačí udržovat jen digitální knihovnu, z níž se pak v případě potřeby odešlou data do tiskárny. Proces je daleko rychlejší než klasický proces zadávání výroby dílů třetím stranám a jejich následný transport.“ S tím souvisí i digitalizace v makroměřítku. „Nadnárodní korporace s výrobou na různých kontinentech už nemusejí klíčové díly či třeba prototypy výrobků posílat fyzicky ze závodu do závodu napříč planetou. Opět stačí jen odeslat data a firma může mít jistotu, že díl vytisknutý za pouhých 36 hodin tisíce kilometrů daleko bude přesně stejný jako ten jejich. To samozřejmě povede ke snížení výrobních nákladů, protože odpadá nutná potřeba transportu,“ říká na závěr. /Kristina Kadlas Blümelová a Michael Málek/
