Zrychlování výroby 3D tiskem pomocí technologie HyperFFF

3D tisk pomocí plastové struny si získal během uplynulých let nezpochybnitelnou pozici v oblasti prototypování, ve výrobě pomůcek i finálních výrobků. Jeho historie sahá k přelomu osmdesátých a devadesátých let dvacátého století. Během doby si tato technologie zachovala punc nenákladného a snadného 3D tisku, pokud je operátor/tiskař znalý. Vývoj 3D tisku dalších technologií zejména po roce 2010 přiřknul technologii FFF/FDM nálepku pomalé, ne příliš přesné a povrchově méně kvalitní technologie s limity pro složité geometrie, o pestrosti materiálové nabídky nemluvě. 

Zejména v posledních pěti letech však došlo k významným změnám, a to ve zlepšení kvality přesnosti tisku a hlavně v šíři dostupných tiskových materiálů. Tím se pro technologii FFF/FDM otevřely a stále otevírají možnosti využití v dalších odvětvích.  

Krok za krokem 

Současná nabídka tiskových materiálů a 3D tiskáren s technologií FFF/FDM mnohdy převyšuje požadavky uživatelů. Výrobci materiálů chrlí téměř každý měsíc nové specifické filamenty. Výrobci několikrát do roka uvedou nové tiskárny či vylepšení těch stávajících. Kdo by si byl jen představil před několika lety, že si může 3D tiskárnu vybrat z nabídky desítek zařízení a z tisícovek materiálů zvolit ten optimální na bázi průmyslových, technicky nestandardních a dalších speciálních. Požadavky a nabídka jsou někdy v souhře, jindy v rozporu a někdy v nepochopení či nesprávném uchopení. Co se nezměnilo, je (nebo by měl být) způsob rozhodování a dosažení shody v těchto aspektech: 

• Ujasnění toho, co chci nebo budu chtít vyrábět a ověření, že je to možné. 
• Volba tiskového materiálu, který splňuje požadavky a vlastnosti finálního výrobku. 
• Volba 3D tiskárny a její vybavení, které umožní tisk zvoleného materiálu. 
• Homogennost materiál+tiskárna+návrh a dodržení technologického postupu zpracování (tisku) zvoleného materiálu. 
• Finální ekonomická rozvaha – dává, nebo nedává smysl. Součástí prvního bodu je ověření. Toho dosáhnete požadavkem na vytištění vzorového výrobku, na kterém si ověříte, zda splňuje předpoklady. Tímto krokem je vlastně již proveden předvýběr dalších tří korků. Posledním rozhodnutím je prokázání přínosu projektu a také jeho rentabilita – ekonomika. Do ní mimo jiné významně promlouvá časová náročnost tisku a dokončovacích operací, tzv. postprocesing.  

HyperFFF je 3x rychlejší 

Vyrábět rychleji prakticky vždy znamená snižovat náklady. Jestliže běžný 3D tisk vyžaduje standardně 60 minut tiskového času a vy můžete shodného výsledku dosáhnout již za 20 minut nebo i rychleji, je tu zřejmá úspora času a energií. Skutečnou rychlost tisku si řídí technologie HyperFFF sama na základě konkrétní geometrie tištěného výrobku. V některých částech tak tiskne pomaleji a v jiných využívá rychlost maximální. Po mnoha testech na specificky a geometricky odlišných modelech byla rychlost tisku v rozmezí 2- až 3,5násobně vyšší než u běžných 3D tiskáren. Nejsou tu žádné doprovodné provozní náklady a ani zvláštní požadavky. Operátor pracuje v běžném prostředí softwarového sliceru a používá stejné pomůcky jako obvykle. Snad jen obsluha může být v některých srovnáních jednodušší. 

Kvalita a přesnost výtisku 

Proč nemohou běžné 3D tiskárny jednoduše zvýšit rychlost tisku? Pohybové ústrojí tiskových hlav ve vyšších rychlostech způsobuje vibrace a tím i krátkodobé vychýlení tiskové hlavy mimo požadovanou souřadnici. Zejména u vyšších vrstev tisku je toto vychýlení fatální a způsobí nenapravitelné rozměrové a kvalitativní vady. 

Vývojové oddělení Raise3D nalezlo řešení, jak zcela eliminovat tyto negativní důsledky. Před prvním spuštěním se provede speciální kalibrace pomocí sondy (automatický kalibrátor je standardní součástí HyperFFF), která naměří vibrační odchylky. Algoritmus na základě naměřených dat pak provede příslušné kompenzace a vlastně absorbuje nadměrné vibrace. Ty vznikají pokaždé, když tisková hlava při pohybu vysokou rychlostí mění směr nebo doslova kmitá v krátkých a rychlých cyklech. Tento algoritmus je základem technologie HyperFFF a umožňuje navýšit rychlost 3D tisku až na 350 mm/s bez ztráty kvality a přesnosti. Technologii HyperFFF společnost Raise3D aplikovala nejprve u 3D tiskáren řady Pro3 s duálním vytlačováním, pro které přizpůsobili celý ekosystém – hardware, filamenty a software. Samotné 3D tiskárny Pro3 již byly dříve konstrukčně navržené tak, aby u nich mohla být tato technologie implementována. 

Cesta k produktivní výrobě 

Jestliže v minulosti byla rychlost FFF/FDM tisku velmi limitující pro nasazení jako produktivního výrobního stroje, technologie HyperFFF nepřehlédnutelně tyto limity posouvá. Trojnásobná produktivita oproti běžným zařízením přesvědčila řadu výrobců zařadit tuto technologii mezi konvenční výrobní zařízení. Rozšířili své výrobní možnosti o flexibilní nástroj, který vyplňuje mezery dosavadní produkce, a to jak ve směru cenově dostupné malosériové výroby, ale také o produkci výrobků, které jsou pro konvenční zařízení těžko vyrobitelné nebo neefektivní. 3D tisk je oproti běžným výrobním linkám přece jen flexibilnější a snadno se přizpůsobuje změnám a novým požadavkům. 

Když dva dělají totéž… 

Nenechte se ošálit, řada výrobců 3D tiskové technologie FFF/FDM nabízí vysokou rychlost tisku. Nemusí to však vždy být pravda, tedy pokud požadujeme perfektní povrchovou kvalitu, rozměrovou přesnost a materiálové vlastnosti výrobků. Zvýšit rychlost 3D tisku technologie FFF/FDM nad 60 mm/s je možné odnepaměti. Výsledky byly (a stále jsou) žalostné, tedy pokud nemá daná 3D tiskárna příslušné vybavení. 

V nedávné době se objevil další matoucí pokus několika výrobců, jak přesvědčit o připravenosti vysokorychlostního tisku. Tím je univerzálně výrobcem přednastavená kompenzace vibrací tiskového ústrojí. Vibrace tiskového ústrojí každé 3D tiskárny jsou vždy závislé na její konkrétní konstrukci (každá je unikátní) a na konkrétním prostředí a umístění. Univerzální kompenzace je nedostatečná. Nezohledňuje schopnosti konkrétní 3D tiskárny a jejího prostředí umístění a už vůbec ne kompenzace vůči specifickým geometriím tisknutých modelů. 

Přesvědčte se sami 

Nejjednodušším důkazem je vlastní zkušenost, skutečné výtisky a možnost uvidět celý proces naživo. Nová technologie HyperFFF je k vidění a vyzkoušení v inovačním centru ABC3D v Praze Hlubočepech.