3D tisk Dievaru

Budou to už dva roky, co jsme se spolu s Galvamet a VŠB pustili do 3D tisku. Hlavním motivem pro mě bylo, že od doby, kdy jsem organizoval pro Asociaci tepelného zpracování seminář na téma HIP a 3D tisk, a kdy Jim Shipley z Quintus prezentoval svůj pohled na tyto technologie, jsem tak nějak začal tušit, že bez HIP je to problematická cesta. To se psal rok 2019.

Pak už následovala anabáze dotazování a hledání, včetně mé účasti na Euroguss v Norimberku, nebo diskuse o spolupráci s ONE3D a doc. Palouškem. Byla to taková testovací a objevovací doba, nicméně ve mě zůstal naprosto jednoznačný názor, že pokud chceme vyrábět kritické díly 3D tiskem, musíme mít i HIP. Logika je to jednoduchá.

1. Bez HIP nám mohou uvnitř zůstat skryté vady, které mohou mít za následek katastrofické poškození dílu formy. Díl máme ale jen jeden, právě ten, co jsme si vytiskli, a kromě několika NDT metod nemáme možnost, jak analyzovat vnitřní vady. Samozřejmě, díl můžeme zničit a podívat se na vnitřní strukturu, pak už ale do formy nemáme co dát. Musíme tedy zvýšit pravděpodobnost přežití dílu zařazením HIP. Je zvláštní, že u aplikací pro letecké motory to dnes již nikdo nezpochybňuje, u forem pro tlakové lití v podstatě všichni
2. Druhým důvodem, a to již velmi praktickým je, že 3D tisk na dokonalou hustotu je natolik časově i finančně náročný, že ztrácí smysl. Pokud na kritické tvarové vložce nenajdu další synergické efekty, jako je např. komfortní chlazení vedoucí ke zkrácení cyklu stroje, pak ekonomicky to nevychází lépe jako tradiční obrábění a tvářené materiály. V kombinaci s výše uvedeným v bodě A) pak dvojnásob. Je to drahé a nespolehlivé.

Když jsem se kdysi potkal v Galvamet s paní proděkankou doc. Skotnicovou a Tomášem Čeganem, bylo mi hned jasné, že jsem narazil na ty správné lidičky. A protože Aleš Šlechta, majitel Galvamet je vizionář, nabídnul se, že nám to „hraní“ na vědu a výzkum zaplatí. Za to mu musím poděkovat, protože za ty dva roky s Tomášem Čeganem jsme si potvrdili, že naše úvahy byly správné.

A jaké jsou naše výsledky? Ten první je 3D tisk titanových implantátů. Čas tisku se zkrátil ze zhruba 60ti hodina na 20h, a výsledné mechanické vlastnosti byly totožné. Pórovitost při „dokonalém“ tisku byla kolem 0,08 %, tedy hustota 99,92%, při tisku ekonomickém pak 2,6%, tedy hustota 97,4%.

Obdobně to bude platit i u forem pro tlakové lití, i když finální hodnoty jsou teprve zkoumány. Už teď lze ale říct, že ekonomický tisk nám přináší jednak úsporu nákladů i času, v kombinaci s HIP pak i jistotu.

I když tisk Dievaru je stále ve fázi vzorků, výsledky jsou velmi perspektivní. Už jsme na 40 J rázové houževnatosti, což považuji za skvělý výsledek. Je to skoro o 100% lepší jak tvářený materiál. Omezením je pouze velikost HIP, který máme k dispozici. Průměr 130 mm, výška 300 mm. Řekněme si ale na rovinu, je to stále jen hra.

Uběhlo 6 let, a když se podívám po nástrojárnách i slévárnách, žádný významný pokrok vidět není. Spíše naopak. A protože jsem sám osobně jsem 6 let „šéfoval“ jedné z největších nástrojáren v Čechách, v Plastimatu Liberec, dnes Magna Exteriors, tak to zcela chápu. Tam není čas na experimenty. Vyrobená forma musí pracovat na 100% a bez rizika výpadku. Nástrojárna, potažmo slévárna, potřebují spolehlivé řešení. A pokud ti, co mají tiskárny, se chtějí prosadit, musí nabízet především tu jistotu.

V Čechách je nyní, dle mého odhadu, více jak 20 tiskáren na kovy, s metodou SLM. Pro tyto náročné aplikace ale samotná tiskárna je pouze dílčí část problému. Pokud se nebude brát v úvahu kompletní výrobní řetězec, tedy tiskárna, HIP, vakuová pec, pak tento obor bude stagnovat.

Před třemi roky jsem dělal pro Czechimplant studii, jak centralizovat 3D tisk pro ortopedické implantáty. Jednalo se o projekt, který by zajišťoval kovové 3D tisky pro všechny subjekty z oblasti ortopedie či traumatologie. Nemocnic je 61 a klinik 11.

Pro nástrojárny by se asi opravdu hodilo něco podobného. Nakonec svým počtem budou určitě převyšovat počet nemocnic nebo klinik. Pokud by nástrojárna či slévárna potřebovala speciální tvarovou vložku vyráběnou 3D tiskem, připravila by si kompletní data v Procast, Solidworks, Aucocad, a tato data elektronickou cestou zaslala do Centra tisku. Tady by již specialisté na 3D tisk data upravili na finální soubory SLT, a po souhlasu zákazníka by je pak použili pro vstup do tiskárny. Po tisku by na stejném pracovišti byly provedeny všechny post-procesy, jako je žíhání na odstranění pnutí, oddělení od platformy, HIP a tepelné zpracování.

Jaké by z toho plynuly výhody?

• Především by skončila doba totální fragmentace trhu s 3D tisky
• Byla by zajištěna kvalita na nejvyšší úrovni specialisty, kteří budou špičkami v oboru
• Vše by probíhalo v jednom místě, bez nutnosti běhání mezi 3D tiskem, poskytovatelem HIP nebo kalírnou s potřebným vybavení, tedy i v přijatelném čase
• Počet tiskáren a jejich velikost by byly v souladu se skutečnými potřebami nástrojáren. Z provozních důvodů by byla možnost rezervovat každou tiskárnu jen pro daný materiál, tak aby se odstranily problémy se změnou prášku (Dievar, H13, 1.2709, M2 atd.)
• Tak jako vakuové pece nebo HIP se musí validovat na AMS 2750, tak i tiskárny by mohly pravidelně certifikovány na reprodukovatelnou činnost. Auditování takovéhoto provozu by bylo potěšením
• Byla by záruka za potřebnou „jistotu“, kterou stávající systémy nedávají

Je to science fiction? Prozatím asi ano, ale budoucnost nemá asi jiné cesty. A investice do takovéhoto pracoviště? Odhadem 10 – 15 mil. EUR celkem. Pěkná částka, jenže když si spočítám, že oněch více jak 20 tiskáren reprezentuje podobnou částku, pak možná to zase až tak moc nebude, když to ponese výsledky.

Jiří Stanislav

28. února 2025