A közbeszédben ma már gyakorlatilag valamennyi rétegrőlrétegre építkező, korábban prototípusgyártó eljárásnak nevezett technológiát 3D-s nyomtatás néven említenek. Ez az egyszerűsítés világszerte egyöntetűen terjed, és például 3D-s nyomtatásnak nevezik a szelektív lézeres szinterezéssel előállított modelleket is. A szelektív lézeres szinterezést végző SLS (selective laser sintering) eljárás viszonylag régóta ismert, rétegről rétegre építkező gyors prototípusgyártó megoldás. Az eljárás vázlatát mutatja be az ábra.
Az SLS technológia legfontosabb ismérve, hogy az automatikusan rétegről rétegre terített porszemcséket lézerenergiával összeolvasztja, minden egyes réteg vonatkozásában szelektíven, azaz csak azon a területen, ahol az adott modell adott magasságban lévő szeletének területe azt megkívánja. Az egyes szeleteket az adott 3D-s CAD modell úgynevezett STL formátuma alapján, annak háromszögekből kialakított felületmodelljének metszésével lehet meghatározni.
Gyártás szerszám nélkül
Az SLS eljárásnál a kezdetekben poliamid porszemcséket használtak fizikai modellek gyártására. A poliamid – PA – porszemcsék összeolvasztását a pontosan szabályozott lézer energiájával úgy sikerült megoldani, hogy a kész modell szilárdsági paraméterei megközelítik a fröccsöntött PA alkatrészek tulajdonságait – azaz nemcsak látványmodellként lehet azokat használni, hanem sokféle fizikai, funkcionális tesztelés elvégzését, illetve kiértékelését is lehetővé teszik, ezzel egyes termékek tekintetében az úgynevezett additive manufacturing, azaz a közvetlen, szerszám nélküli gyártást is.
A közvetlen gyártás lehetősége igen sok szakember fantáziáját megmozgatja, hiszen segítségével elhagyható a költséges, hosszú átfutási idejű szerszámgyártás. Ez azt jelenti, hogy ha felmerül egy adott alkatrész gyártásának igénye, akkor annak 3D-s CAD modelljét betöltjük egy SLS berendezés vezérlésébe, és az adott darabszámnak megfelelő mennyiséget „kinyomtatjuk” – mondjuk másnapra. E megközelítés hatékonysága, termelékenysége egyedülálló, és egyre több szakember gondolkozik azon, hogyan lehetne az eljárást minél szélesebb körben alkalmazni.
Kkv-knak is ajánlják
Ez a törekvés vezérli Németországban az EOS GmbH-t is. A vállalat az SLS eljárást megtestesítő berendezései közül a legkisebb munkaterűt, a Formiga P110 gépet tekinti olyan 3D-s nyomtatónak, amely már nemcsak a multinacionális cégeknek, hanem a kis- és közepes vállalatoknak is kínálja a közvetlen gyártás lehetőségét. A Formiga P110 munkatere 200 mm×250 mm×330 mm, ami számos közepes méretű alkatrész egyidejű gyártását teszi lehetővé, 20 mm/h z irányú sebességgel, azaz egy teljes munkatérnyi alkatrész megközelítően 15-16 óra alatt elkészül. Egy réteg vastagsága 60–150 mikron között választható. EOS Formiga P110
A legszélesebb körben használt alapanyag a PA2200-as poliamid por, amelynek rétegenkénti összeolvasztásával fröccsöntött poliamid minőségű alkatrészeket lehet gyártani. Ezek a modellek 160 °C hőmérsékletet is elviselnek tartósan. Természetesen az EOS igyekszik saját gépeibe is minél több SLS 3D-s nyomtatással készített alkatrészt beépíteni. A poliamid port különböző adalékokkal lehet erősíteni, például üveg- vagy akár alumíniumporral is. Ennek hatására a mechanikai paraméterek tovább javíthatók, teljesítve azokat az igényeket, amelyeket az ipar támaszt a beépíthető alkatrészek anyagaival szemben. Az alapport a műanyagiparban jól ismert PA12-es alapanyagból készítik, ennek típusjele PA2200. Ha üvegport adagolnak ehhez az alapporhoz, akkor az elnevezés PA3200 GF, míg alumíniumpor adagolása esetén PA12-MD(Al) az azonosító. Táblázatunkban követhetjük nyomon az egyes keverékek mechanikai tulajdonságait.
Van még egy nagyon hasznos alapanyag, amelyet ugyanebben a berendezésben tudunk rétegről rétegre összeolvasztani: ez pedig a polisztirol por. Ebből az alapanyagból a precíziós öntési eljárásnál használt viaszminták kiváltására alkalmas modelleket készíthetünk. A viaszminta helyett használható modelleket ugyanúgy kell kezelni, mint a viaszmintákat, azzal a különbséggel, hogy a szokásos kiolvasztás helyett a polisztirol mintákat el kell égetni a kerámiahéjak kiizzításánál. Külföldön – főleg hadiipari vállalatoknál – elhagyják a viaszminta préselőszerszámainak gyártását, illetve az azok segítségével készíthető úgynevezett elvesző viaszmintákat, ehelyett polisztirol porból nyomtatják őket az éppen felmerülő igényeknek megfelelően.
A polisztirol minták hőtechnikai paraméterei igen kedvezőek, üvegesedési hőmérsékletük 105 °C, a minta 250–550 °C között összeesik, és utána gyakorlatilag elgázosodik, illetve a keletkező pentángáz egyszerűen elég. A maradó hamutartalom 0,002 százalék – azaz a polisztirol modell kiválóan alkalmas precíziós öntvény elvesző mintájának. A Formiga P110 szelektív lézeres szinterezési eljárással működő 3D-s nyomtató mérete és kivitele olyan, hogy nem igényel különleges műhelykörnyezetet. A berendezés üzemeltetése egyszerű, a kész modellek eltávolítása hatékonyan megoldható. A berendezés kezelőszerve már a hétköznapi használat igényeit tükrözi a könnyen áttekinthető, kézreálló megoldások révén.
Értéket teremt
Összefoglalóan elmondhatjuk, hogy minden adott ahhoz, hogy az új Formiga P110 3D-s nyomtató széles körben elterjedhessen a nagy szilárdságú prototípusok gyártásánál, továbbá a kis- és közepes sorozatú alkatrész-igények szerszám nélküli teljesítésénél.
Más szavakkal a szelektív lézeres szinterezés – mint a 3D-s nyomtatás egyik megnyilvánulási formája –, illetve annak alkalmazása jelentős, számszerűsíthető többletbevételt és így mérhető értéket képes teremteni. Biztosíthatja a versenyképesség fenntartását, és ami még nagyon fontos, hogy ezt az eljárást szolgáltatásként is igénybe lehet venni a Varinex Zrt. folyamatosan bővülő 3D-s technológiáinak egyikeként.
