Jak funguje průmyslový 3D tisk kovů? Jaké jsou rozdíly mezi technologiemi DMLS a SLM? Kde se využívá laserové tavení kovů a kdy je aditivní výroba výhodnější než tradiční obrábění?
Průmyslový 3D tisk umožňuje vyrábět složité kovové součástky přímo z digitálních modelů. Technologie nachází uplatnění ve strojírenství, letectví, zdravotnictví i automobilovém průmyslu. Její hlavní výhodou je možnost vytvářet geometrie, které jsou běžnými výrobními postupy obtížně realizovatelné.
Obsah článku
Co je aditivní výroba kovů?
Aditivní výroba označuje postup, při kterém vzniká výrobek postupným přidáváním materiálu podle digitálního 3D modelu.
Na rozdíl od obrábění, při němž se materiál odebírá z polotovaru, se součástka vytváří po jednotlivých vrstvách.
Aditivní výroba kovů umožňuje zpracovávat například nerezovou ocel, titanové slitiny, hliníkové slitiny nebo niklové superslitiny.
Významnou skupinu technologií představuje laserové spékání a tavení kovových prášků, označované souhrnně jako Laser Powder Bed Fusion (LPBF).
Jak funguje DMLS a laserové tavení kovů?
DMLS (Direct Metal Laser Sintering) je technologie využívající laser k vytváření kovových součástek z jemného prášku.
Výroba začíná přípravou digitálního modelu, který software rozdělí na tenké vrstvy.
Na pracovní plochu se nanese vrstva kovového prášku. Výkonný laser následně spojí materiál v místech odpovídajících průřezu součástky.
Pracovní plošina se posune, nanese se další vrstva prášku a postup se opakuje až do dokončení výrobku.
Proces probíhá zpravidla v ochranné atmosféře, která omezuje nežádoucí reakce kovu s okolním prostředím.
Jaký je rozdíl mezi technologiemi DMLS a SLM?
SLM (Selective Laser Melting) znamená selektivní laserové tavení. Stejně jako DMLS využívá laserový paprsek a vrstvy kovového prášku.
Historicky se označení DMLS spojovalo se spékáním a SLM s úplným roztavením materiálu.
U současných průmyslových zařízení však oba názvy často označují velmi podobný výrobní princip.
Přesnější technické označení představuje LPBF, případně PBF-LB/M, tedy laserová fúze kovového prášku v práškovém loži.
Terminologii aditivní výroby sjednocuje mezinárodní norma ISO/ASTM 52900.
Při výběru technologie je proto důležitější sledovat vlastnosti zařízení, použitý materiál a požadovanou přesnost než samotný název metody.
Kde se průmyslový 3D tisk kovů využívá?
Průmyslový 3D tisk nachází uplatnění především tam, kde je potřeba vyrábět geometricky složité, lehké nebo individuálně přizpůsobené součástky.
Mezi typické oblasti využití patří:
- Letecký průmysl: Lehké konstrukční díly a součástky s optimalizovanou geometrií.
- Zdravotnictví: Individuální implantáty a ortopedické komponenty.
- Automobilový průmysl: Prototypy, speciální díly a vývojové součástky.
- Strojírenství: Výrobní nástroje a formy s integrovanými chladícími kanály.
- Energetika: Komponenty s komplikovanými vnitřními strukturami.
Technologie umožňuje spojit několik konstrukčních prvků do jediného výrobku a tím snížit potřebu následné montáže.
Jaké jsou výhody a nevýhody aditivní výroby?
Hlavní výhodou je konstrukční svoboda. Laserové tavení kovů umožňuje vytvářet dutiny, vnitřní kanály nebo odlehčené struktury.
Přínosem může být také nižší množství materiálového odpadu a rychlejší vývoj prototypů.
Nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady zařízení, náročnější příprava výroby a omezená velikost tiskového prostoru.
Hotové díly často vyžadují tepelné zpracování, odstranění podpor, obrábění nebo povrchové úpravy.
Jaké požadavky má 3D tisk kovů na bezpečnost?
Práce s kovovými prášky vyžaduje odpovídající bezpečnostní opatření.
Jemné částice mohou představovat riziko při vdechování. U některých materiálů existuje také nebezpečí požáru nebo výbuchu prachu.
Zaměstnanci proto musí používat vhodné ochranné prostředky a dodržovat stanovené postupy manipulace.
Zdroje: NIST.gov, Admasys.cz, Xometry.com, ISO/ASTM, NIOSH.gov
