Jak vybrat správnou technologii 3D tisku z plastů: Multi Jet Fusion, FDM nebo P3?

Díky popularitě aditivní výroby se na trhu vyskytuje mnoho technologií pro 3D tisk plastových komponent. Proto nemusí být rozhodnutí, kterou technologii zvolit, vůbec snadné. Abyste si vybrali technologii odpovídající vašim potřebám, pokusíme se vám v následujícím článku přiblížit tři z nich. Konkrétně Fused Deposition Modelig (FDM), Multi Jet Fusion (MJF) a Programmable PhotoPolymerization (P3). 

Podle průzkumu 3Dees Industries a časopisu 3D tisk z loňského roku vnímá aditivní technologie jako alternativu k současným výrobním postupům 72 % dotázaných. Zároveň 53 % firem a institucí, které již 3D tisk využívají, plánuje své portfolio v této oblasti nadále rozšiřovat. Aby bylo potenciální rozhodování o volbě technologie snazší, rozhodli jsme se vám přiblížit následující tři možnosti 3D tisku z plastů. 

V článku se dále dočtete: 

• Jak funguje Fused Deposition Modeling (FDM) 
• V čem spočívá technologie Multi Jet Fuison (MJF) 
• Co je to Programmable PhotoPolymerization (P3) 
   

Nehořlavé komponenty z FDM zařízení od Stratasys  

Fused Deposition Modeling (FDM) spočívá v nanášení vláken (filamentů) na tiskovou plochu. Vlákna se roztaví a tryska tiskové hlavy je v jednotlivých tenkých vrstvách nanáší na tiskovou desku. Proces se opakuje, dokud není celý objekt vytvořen. Průmyslová FDM 3D tiskárna disponuje velkou uzavřenou vyhřívanou komorou, která umožňuje tisknout i složité díly, které by jinými metodami (například obráběním), bylo velmi obtížné zhotovit, a to dokonce z jednoho kusu. Například 3D tiskárna Stratasys Fortus 450 nabízí stavební prostor 406 × 355 × 406 mm, zatímco větší model Fortus 900 umožňuje tisknout na tiskové ploše o rozměrech 914 × 610 × 914 mm, což z ní činí ideální volbu pro rozsáhlé aplikace v průmyslové výrobě. Aby při 3D tisku těchto složitých geometrií nedocházelo k deformacím, využívají se podpěry, které se následně odstraní buď ponořením do směsi vody a roztoku saponátu (pokud jsou rozpustné), nebo mechanicky. 
 

Při výrobě na FDM se používá široké portfolio materiálů:  

• ABS – relativně lehký, ale pevný; odolný vůči nárazům; poměrně chemicky odolný 
  Využití: prototypy, autodíly, nástroje 

• Nylon – pevný, zároveň flexibilní; odolný proti oděru a chemikáliím; teplotní stabilita 
  Využití: ložiska, funkční mechanické díly, závity 

• ASA – pevný, odolný; UV stabilita (nekřehne, nežloutne na slunci); chemická odolnost 
  Využití: funkční prototypy; díly pro exteriér 

• PEKK – velmi pevný, odolává vysokým teplotám (do 260 °C) a chemikáliím; samozhášivý; biokompatibilní 
  Využití: letecký průmysl, medicína 

• Ultem 9085 – lehký, ale velmi pevný a odolný; velmi chemicky a teplotně odolný; samozhášivý, certifikovaný pro letecký průmysl 
  Využití: letecký a automobilový průmysl, medicína, vojenské aplikace 

3D tiskárny FDM od společnosti Stratasys mají i další certifikované materiály pro použití v leteckém a železničním průmyslu. Kromě výše zmíněného také Antero 800NA, který se vyznačuje vysokou pevností, tepelnou a chemickou odolností. Pro železniční aplikace je vhodný například materiál Covestro Addigy, který je pevný, odolný a zachovává své vlastnosti i při vysokých teplotách. 

Mezi výhody 3D tiskáren FDM patří snadné ovládání. Využití nacházejí například mezi vývojáři prototypů, kterým umožňují rychlé ověření designu před sériovou výrobou. Zároveň je FDM 3D tiskárna vhodná pro výrobu náhradních dílů či výrobků na zakázku, které může být obtížné vyrobit. Používá se také k výrobě různých krytů například pro elektroniku. 

Složité geometrické tvary nejsou překážkou 

V případě Multi Jet Fusion (MJF) se jedná o pokročilejší technologii, která funguje na bázi práškového materiálu – nejčastěji PA12, PA11 nebo TPU. Pro svou vysokou rychlost tisku, která předčí laserové technologie jako SLS, je vhodná nejen pro prototypy a malé série, ale i pro plnohodnotnou sériovou výrobu. 

Proces tisku je založen na jednoduchém postupu. Nejprve se v tenké vrstvě nanese stavební materiál (jemně namletý plastový prášek), poté se na definovaná místa vstříkne absorpční (fúzní) agent a nakonec dojde ke spečení vrstvy pomocí výkonných fúzních lamp. Tento proces se opakuje, dokud není dokončena celá tisková úloha. 

Jednou z klíčových výhod této technologie je stálá rychlost tisku – jedna vrstva je vytvořena přibližně za 10 vteřin bez ohledu na složitost modelu. Tisk stavebního prostoru o velikosti 380 × 284 × 380 mm na HP Jet Fusion 5200 zabere vždy 11,5 hodiny. Celkový čas výroby je tedy konstantní, což umožňuje lepší organizaci produkce. 

Výhodou Multi Jet Fusion je vysoká přesnost a opakovatelnost. Zároveň je technologie vhodná i pro výrobu složitých geometrických tvarů, které by byly jinými metodami obtížně realizovatelné, protože při tisku nevyžaduje žádné podpory. 

Výtisky se také pyšní skvělými mechanickými vlastnostmi a mohou být využívány i v náročných aplikacích, včetně funkčních prototypů a konečných produktů. Technologie MJF podporuje širokou škálu materiálů, díky čemuž lze volit mezi pružnými, pevnými a tepelně odolnými díly. V porovnání s FDM mají výtisky z MJF navíc jemnější povrch bez viditelného vrstvení. 

Využití od dentálních modelů po letecký průmysl 

A na závěr si představíme vysoce přesnou technologii 3D tisku – Programmable PhotoPolymerization (P3). K tisku se používá fotopolymerní pryskyřice, která reaguje na UV světlo. Projektor s rozlišením 5K, jenž toto světlo promítá, vytvrzuje osvícené oblasti výtisku. Jednotlivé vrstvy mají tloušťku v řádu mikrometrů, což umožňuje vytvořit velmi detailní komponenty s hladkým povrchem. Technologie P3 umožňuje tisk ve stavebním prostoru o velikosti 192 × 108 × 370 mm (7,672 cm³), což poskytuje dostatečný prostor pro výrobu malých i středně velkých dílů s vysokou přesností. 

P3 udržuje během celého procesu konstantní teplotu, čímž zajišťuje, že první i poslední díl jsou naprosto identické. Tato technologie zároveň minimalizuje deformace komponent. 

Komponenty vytištěné na P3 se vyznačují dlouhou životností a odolností proti opotřebení. Výhodou je možnost volby materiálu dle aktuálních potřeb – ať už pevný, pružný, transparentní nebo teplotně odolný. Ale i biokompatibilní, díky čemuž nachází využití i ve zdravotnictví a stomatologii – například při výrobě vysoce kvalitních dentálních modelů, dlah a chirurgických šablon. 

Díky vlastnostem, jako jsou nízká hmotnost, vysoká pevnost a teplotní odolnost, se P3 uplatňuje například v leteckém průmyslu. Odolnosti vůči chemikáliím a vysokým teplotám zase umožňuje využití v automobilovém průmyslu, například při výrobě těsnění či krytů. Své uplatnění nachází i v mnoha dalších odvětvích.