Új anyagok a 3D-nyomtatás szolgálatában

Van új a nap alatt

Az elmúlt évek dinamikus fejlődésének egyik legfontosabb eredménye a 3D-nyomtatási technológiák elterjedése volt. A korábban gyors prototípusgyártásra fejlesztett eljárások ma már jelentősen túlnőttek korábbi szerepükön, és megannyi új gyártási megoldás született a területen. Ennek köszönhetően napjainkban már nemcsak műanyagok nyomtatásával születhetnek beépíthető alkatrészek, hanem többek között a fémmegmunkálások egy részét is kiválthatjuk a nyomtatással.

hirdetés

Az új technológiákhoz az új gépek mellett pedig egészen új, speciális anyagok fejlesztésére is szükség van. Ezek tulajdonságaikban, viselkedésükben, ebből kifolyólag pedig felhasználhatóságukban is eltérnek a hagyományos műanyagoktól, amelyeket a fröccsöntésben, a fóliagyártásban vagy az egyéb műanyagfeldolgozó eljárásokban alkalmaznak. Így tehát, amikor a nyomtatás által kiváltott technológiai reformról beszélünk, gyakorlatilag a teljes ipari termelés és az alapanyaggyártás forradalmára gondolunk.

A 3D-nyomtatásban alkalmazott új anyagokról és az ezekben rejlő lehetőségekről Szabó Pétert, a FreeDee Printing Solutions CTO-ját kérdeztük.

Miben térnek el a nyomtatható műanyagok a többitől?

A nyomtatható műanyagok alapvetően olvadáspontjukban, hőre lágyulási tulajdonságaikban és zsugorodási mutatóikban térnek el a többi polimertől. Ezek a tulajdonságok elsősorban a nyomtatáshoz szükséges olvadáspont elérése szempontjából, valamint a formatartás és a hűlés során tapasztalható torzulás miatt kritikusak, és hasonlóan nagy jelentőséggel bírnak az egyéb hőformázó, fröccsöntő technológiákban is.

A műszaki életben azonban többnyire megkülönböztetett, ún. műszaki polimereket használunk, amelyek számos mechanikai és kémiai tulajdonság tekintetében különböznek az általános célú felhasználásra fejlesztett anyagoktól. Ilyen tulajdonság lehet például a szilárdság, a hőállóság, a vegyszerállóság vagy önkioltási képesség, az UV-állóság, a vízállóság, az anyag rugalmassága, továbbá a kopásállóság, a felületi keménység, a fényáteresztő képesség, illetve a sterilizálhatóság.

Szabó Péter, a Freedee Printing Solutions CTO-ja
Szabó Péter, a Freedee Printing Solutions CTO-ja

„Korábban ezeket a tulajdonságokat 3D-nyomtatott anyagoknál nem lehetett elérni, a hagyományos nyomtatásra szánt műanyagok, köztük a PLA, a PVA, az ABS, illetve a HIPS inkább csak prototípusgyártásra vagy nem teherviselő elemek elkészítésére voltak alkalmasak. Mára azonban ez jelentősen megváltozott: 3D-nyomtatással beépíthető alkatrészek készíthetők, a fejlesztéseknek köszönhetően pedig egyre alacsonyabb költségek mellett alkalmazható a nyomtatás mint technológia” – foglalja össze Szabó Péter. „Ráadásul az újabb anyagok már nemcsak a hagyományos műanyagokkal veszik fel a versenyt, hanem bizonyos esetekben a fémekkel is” – teszi hozzá.

Az előnyök mellett fontos megemlíteni, hogy ezek az új típusú nyomtatható műanyagok speciális kezelést igényelnek, feldolgozásuk során kiemelt figyelmet kell fordítani a nedvességtartalom szabályozására és az anyag szárítására. Csak megfelelő körültekintés mellett biztosíthatók a felsorolt tulajdonságok és az ezekből fakadó előnyök a felhasználás során.

A megfelelően kezelt és szárított műszaki polimerek tehát egyes esetekben már nem a többi műanyaggal, hanem az iparban elterjedten alkalmazott fémekkel versenyeznek. „A fröccsöntésben is használt poliamidok (PA6, PA6.6, PA11, PA12), a polikarbonát, polipropilén, ASA, ABS, PEEK, PEKK, PPSU és ezek üvegszállal, illetve karbonnal vagy kevlárral erősített, igény esetén tűzgátló vagy antisztatikus változatai alkalmassá teszik a 3D-nyomtatott alkatrészeket az ipari gyártósoron történő alkalmazásra: a korábban jellemzően forgácsolással előállított POM- vagy alumíniumszerszámok, szerelőülékek, felvevők vagy készülékek néhány óra alatt készíthetők el. Mindez házon belül a szerszámüzemben vagy a tervezőasztalon, közvetlenül a CAD-tervekből, bárminemű CAM-programozás és operátori felügyelet nélkül, néhány száz vagy ezer forintos bekerülési költséggel. Azok a 3D-nyomtatók, amelyek ezekkel az ipari műanyagokkal dolgoznak, már nem prototípusokat készítenek, hanem olyan gyártósori segédeszközöket, amelyekkel a nagyipari sorozatgyártás hatékonysága a költségek és az átfutási idők jelentős csökkentésével nagyságrendekkel növekszik” – mondja Szabó Péter a speciális műszaki műanyagok iparágra gyakorolt hatásáról.

Ahány anyag, annyi alkalmazás – ott is, ahol eddig a fém volt az úr

A 3D-nyomtatás legnagyobb előnye az, hogy gyakorlatilag bármilyen formával és kiképzéssel készíthetők alkatrészek – elterjedt elnevezéssel élve: „bennszülött elemek” is legyárthatók. Így speciális kialakítású hűtőbordák, nagy hatékonyságú hűtő- és folyadékcsatornák, valamint különleges csatlakozók is létrehozhatók, amelyek már nemcsak a 3D-modellen mutatnak jól, hanem a valóságban is jól alkalmazhatók lesznek.

Azonban ugyanúgy, ahogy a forgácsolásban is számos különböző technológiát ismerünk, a 3D-nyomtatás világa is egyre differenciáltabbá válik, ez pedig ebben az esetben különböző összetételű és kiszerelésű alapanyagok használatát indokolja: „Természetesen minden additív gyártástechnológiának megvannak a saját jellegzetességei. Az FDM- (rétegzett szálfektetéssel történő) eljárás alapanyagai 1,75, illetve 2,85 mm átmérőjű, tekercselt műanyag szálak formájában érhetők el, a folyamatos szálerősítésre is képes kompozitnyomtatók mátrixanyaggal bevont, kisebb tekercsekben kerülnek forgalomba. Folyamatos szálerősítésre és nonaxiál kompozitok nyomtatására jellemzően a szálolvasztásos eljárások képesek, a sztereolitográfiával nyomtatott műgyanta kompozitok általában gyengébb szilárdsággal rendelkeznek. Szelektív lézerszinterezésnél is találkozunk üveggel kevert poliamid por alapanyagokkal, valamint előfordulnak kísérleti jelleggel bazaltszállal erősített polimerek is” – mondja erről Szabó Péter.

A polimer kompozitok, illetve a szálerősített műanyagok már a fémek valódi versenytársainak tekinthetők. Mi sem bizonyítja ezt jobban, mint az, hogy a vezető autógyártók és beszállítóik is egyre gyakrabban választanak 3D-nyomtatást az alkatrészgyártáshoz: „A nemzetközi keresletnövekedés hatása Magyarországon is érezhető, egyre többen érdeklődnek a nyomtatás iránt, és látják be, hogy a technológiával hatékonyan és sok esetben a korábban alkalmazott technológiáknál olcsóbban tudnak gyártani. Ez főleg azokban az esetekben érvényesül, amikor kis sorozatok vagy néhány darab alkatrész elkészítéséről van szó: sok üzemben felismerték már, hogy a házon belül végzett nyomtatással jelentős mennyiségű időt takaríthatnak meg.”

A nyomtatásé a jövő

„Egyértelműen a 3D-nyomtatás lesz a jövő meghatározó technológiája, azonban nem elszigetelt eljárásként reformálja meg a gyártást, hanem integrált elemként fogja szerves részét képezni a hagyományos eljárásokkal kiegészült hibrid gyártásláncoknak – vallja a FreeDee CTO-ja. – Az additív technológia legnagyobb vívmánya az egyelőre még mindig rendkívül drága fémnyomtatás mellett a fém alkatrészek kiváltására is alkalmas 3D-nyomtatható kompozitok világa, amelyekkel kiemelkedően könnyű, szupererős alkatrészek készíthetők a 3D-nyomtatás egyszerűségével ötvözve.”

Vagyis a szakértő szerint nemcsak érdemes, hanem muszáj figyelmet fordítanunk a 3D-nyomtatásra, amelyben a fémek mellett egyre nagyobb szerephez jutnak a műanyagok is. Hiszen a folyamatos szálerősített poliamidok és az ahhoz hasonló tulajdonságokkal rendelkező polimer kompozitok egyre jobb alternatívát kínálnak a fémekkel szemben, amelyet ma már nemcsak a kísérleti laborokban, hanem a gyakorlatban, üzemszinten is felismertek és alkalmaznak.

Kun Zsuzsanna
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés