Kovový 3D tisk

Kovový 3D tisk (anglicky metal 3D printing nebo metal additive manufacturing) je skupina aditivních technologií, které vytvářejí kovové díly po vrstvách přímo podle 3D dat. Výsledkem jsou plně kovové součásti, jejichž vlastnosti se po správném tepelném zpracování blíží tvářenému nebo litému materiálu.

Nejrozšířenější je laserové tavení v práškovém loži (L-PBF), známé také pod názvy SLM (Selective Laser Melting) a DMLS (Direct Metal Laser Sintering). Vrstva kovového prášku o tloušťce obvykle 0,02 až 0,06 mm se v ochranné atmosféře argonu nebo dusíku lokálně roztaví laserem. Díl je přitavený k základové desce a plochy skloněné k vodorovné rovině pod úhlem menším než zhruba 45° potřebují podpory, které zároveň odvádějí teplo a omezují deformace od vnitřního pnutí. Hustota dílů bývá přes 99 %, přesnost řádově ±0,1 až 0,2 mm a drsnost povrchu po tisku obvykle Ra 5 až 15 µm.

Dalšími variantami jsou tryskání pojiva (binder jetting), kdy se prášek po vrstvách spojuje pojivem a díl se teprve potom spéká v peci, a tisk z filamentu plněného kovovým práškem, u kterého se díl po odstranění pojiva také spéká. Díly se při spékání výrazně smršťují a smrštění se kompenzuje v datech. Pro velké díly a opravy slouží přímé nanášení materiálu (DED), kdy se prášek nebo drát taví laserem, elektronovým svazkem nebo elektrickým obloukem (WAAM) a vzniká polotovar blízký konečnému tvaru, který se následně obrábí.

Tisknout lze nerezové oceli (316L, 17-4 PH), maraging ocel 1.2709 pro nástroje, hliníkovou slitinu AlSi10Mg, titanovou slitinu Ti6Al4V, niklové superslitiny typu Inconel 718, kobalt-chrom i slitiny mědi. Po tisku obvykle následuje žíhání ke snížení pnutí, oddělení od desky, odstranění podpor, u náročných aplikací izostatické lisování za tepla (HIP) a obrobení funkčních ploch.

Kovový 3D tisk se vyplatí tam, kde tvar nelze obráběním nebo litím vyrobit vůbec, nebo jen velmi draze: zakřivené vnitřní kanály (konformní chlazení vstřikovacích forem, hydraulické bloky, výměníky tepla), odlehčené díly po topologické optimalizaci, mřížkové struktury nebo sloučení sestavy z mnoha dílů do jednoho kusu. Typicky se uplatní v letectví, motorsportu, zdravotnictví (implantáty a nástroje z titanu) a v nástrojárnách.

Dává smysl i pro kusovou a malosériovou výrobu tvarově složitých dílů a pro náhradní díly, ke kterým už neexistuje forma ani slévárenský model. Jednoduché prizmatické díly jsou naopak téměř vždy levnější z CNC obrábění, protože cena tisku roste s objemem dílu a výškou stavby a s počtem kusů klesá jen málo.

Nejčastější chybou je tisknout díl navržený pro obrábění nebo lití beze změn. Pro tisk je nutné vyřešit orientaci, podpory a přístup k jejich odstranění, minimální tloušťky stěn, vysypání prášku z vnitřních kanálů a deformace od pnutí. Uložení, těsnicí plochy a závity navrhněte s přídavkem na obrobení, obvykle několik desetin milimetru, a počítejte s tím, že plochy nad podporami budou drsnější.

S dodavatelem si ujasněte konkrétní materiál a jeho označení podle normy, tepelné zpracování a požadované mechanické vlastnosti, způsob kontroly (měření rozměrů, zkušební vzorky tištěné spolu s díly, případně CT kontrola vnitřních vad) a dodávané materiálové atesty. U cyklicky namáhaných součástí myslete na to, že neopracovaný povrch po tisku výrazně snižuje únavovou pevnost.