3D tisk není novou technologií. V průmyslu se používá již 30 let. V dnešním světě však průmyslový 3D tisk, známý jako aditivní výroba, spolu s pokročilým CNC obráběním umožňuje výrobcům vytvářet prototypy výrazně rychleji a efektivně vyrábět podle potřeby.
Aditivní výrobu (AM) lze využít v průběhu všech kroků výrobního procesu, od vytváření prototypů a výroby podpůrných nástrojů, jako jsou přípravky a upínací prvky, až po výrobu finálních dílů.
Vizuální prototypy
Když byl 3D tisk vynalezen, označoval se jako rapid prototyping neboli rychlé prototypování – metoda pro automatizaci a snížení množství práce potřebné k vytvoření prototypového modelu pro ověření návrhu. Od té doby našel využití v řadě dalších aplikací, ale tato technologie se stále široce používá k vytváření vizuálních modelů a funkčních prototypů.
Pro výrobu vizuálních modelů se 3D tisk dále vyvinul. Přestože je možné vytvářet velmi detailní výtisky pomocí technologií, jako je stereolitografie (SLA), barevný 3D tisk pomocí binder jettingu, 3D tisk z papíru a material jetting dokážou dosáhnout sytosti barev, která je u jiných technologií nedosažitelná.
ColorJet Printing
ColorJet Printing (CJP), technologie binder jetting společnosti 3D Systems, spočívá v nanášení kapalného pojiva a inkoustů CMYK na vrstvu sádrového prášku, což vede k vytvoření plnobarevných modelů podobných pískovci. Přestože je tento proces odlišný, technologie PolyJet od společnosti Stratasys jde ještě o krok dále díky možnosti měnit fyzikální vlastnosti, jako je flexibilita a průhlednost. PolyJet je technologie material jetting, která nanáší fotopolymerizovatelné resiny, jež jsou následně vytvrzovány UV lampou.
3D tiskárna Mcor na papír
Technologie 3D tisku z papíru společnosti Mcor nedokáže dosáhnout stejné geometrické složitosti, ale díly jsou vyrobeny z papíru, díky čemuž je tento proces šetrnější k životnímu prostředí. Při tomto procesu se inkousty CMYK nanášejí na bílý papír, který se následně přilepí k předchozí vrstvě a ořízne čepelí z karbidu wolframu.
Funkční prototypy
Při testování funkčnosti návrhu nemusí být kvalita barev tak důležitá. Například testování živého závěsu může vyžadovat 3D tisk z odolného termoplastu, jako je nylon, nebo z fotopolymeru podobného gumě, vytištěného pomocí technologií material jetting nebo vat photopolymerization, jako jsou SLA nebo digital light processing (DLP). Pro testování v aerodynamickém tunelu lze využít řadu technologií, ale díl bude nutné následně zpracovat tak, aby aerodynamické vlastnosti dílu nebyly omezeny liniemi vzniklými během procesu 3D tisku. Z tohoto důvodu může být preferována technologie s vysokým rozlišením.
Plně elektrické motocykly Alta Motors
Alta Motors je výrobce elektrických motocyklů, který začal využívat 3D tisk k prototypování dílů pro své motocykly. Při návrhu motocyklu Redshift se společnost Alta Motors obrátila na servisní centrum pro 3D tisk The Technology House (TTH), aby rychle iterovalo funkční prototypy dílů určených pro sériovou výrobu. TTH využilo technologii continuous liquid interface production (CLIP), ultrarychlý proces 3D tisku od společnosti Carbon, k vytištění řady dílů.
Nástroje a přípravky
Jak se návrh přesouvá z fáze konceptu do fáze výroby, může výrobní provoz využít 3D tisk k výrobě vlastních nástrojů, které pomáhají ve výrobním procesu. Může jít o cokoli od vodítek pro přesné vrtání, lisovacích nástrojů pro tvarování nebo řezání surového materiálu do konkrétního tvaru a rozměrů a měřicích nástrojů, jako jsou měrky, až po přípravky a upínací prvky, které drží díl na místě během provádění dalších operací.
3D tisk lze při výrobě nástrojů využít přímo i nepřímo. V případě nepřímé výroby nástroje pomocí AM může být nástroj vytvořen tak, že se 3D tištěná součást pokryje gumou, která se následně použije k odlití samotného nástroje.
Pokud jsou nástroje vyráběny na zakázku pro novou výrobní zakázku, může firma potřebovat externího poskytovatele služeb, který se může spolehnout na tradiční výrobní technologie, jako je CNC obrábění, pro vytvoření nástrojů. Tento proces může být nákladný a časově náročný, přičemž firma může čekat týdny až měsíce, než budou nástroje odeslány, a teprve poté může vůbec zahájit výrobu.
Modely, jádra a formy
3D tisk se také používá k výrobě objektů, které budou následně odlévány z kovu. V malém měřítku může jít o modely pro lití na vytavitelný vosk používané při výrobě šperků a zubních korunek. Ve velkém měřítku může jít o vytváření pískových jader pro odlévání kompletních součástí motorů.
Při procesu lití na vytavitelný vosk se z odlévatelného materiálu vytiskne pozitivní model pomocí 3D tiskárny. Ten se následně ponoří do speciálního formovacího materiálu a vypálí v peci. Výsledkem je forma, která se naplní roztaveným kovem a vytvoří kovový díl. Technologie SLA, DLP a material jetting, jako je proces 3D tisku z vosku vytvořený společností Solidscape, jsou pro tento proces ideální, protože dokážou vytvářet velmi detailní výtisky s vysokou schopností vyhoření.
Pro větší díly lze využít procesy binder jetting, například od společností Voxeljet a ExOne, k 3D tisku pískových jader a forem. Binder jetting spočívá v nanášení pojiva na vrstvu prášku, například písku, po jednotlivých vrstvách, dokud není výtisk dokončen. Při odlévání do písku může být tento objekt následně umístěn do formovacího rámu, který se naplní roztaveným kovem a po jeho vychladnutí se rozbije, aby se odhalil výsledný kovový objekt.
Vzhledem k rychlosti, kvalitě a nákladům AM se tato technologie nejlépe hodí pro výrobu speciálních dílů v menších sériích, nikoli pro masově vyráběné produkty. Z tohoto důvodu byly finální produkty vyrobené pomocí 3D tisku obvykle vyráběny tímto způsobem z dobrého důvodu.