Solidscape T76 Benchtop – 3D tiskárna pro puntičkáře

Tags: 3D tiskárna

Před rokem jsme na stránkách IT CADu přinesli seznámení se zajímavou 3D tiskárnou pracující na principu nanášení prášku a pojiva. Přes velmi široké možnosti uplatnění však pro tuto technologii zůstává zapovězena oblast vytváření vysoce přesných, malých a tvarově komplikovaných modelů s velmi jemnými detaily. Pokud potřebujeme získat právě takovéto modely, přichází ke slovu buď náročné a drahé obrábění se svými technologickými omezeními, anebo opět 3D tisk, tentokrát ale voskový. Modely přesných součástí pro spotřební elektroniku, lopatek tryskových motorů, přesných automobilových dílů, medicínských nástrojů a protetických pomůcek, ale i nejjemnějších šperků, to vše jsou příklady využití stroje, který rozměry i tvarem připomíná kompaktní stolní tiskárnu formátu A3. Zařízení Solidscape T76 Benchtop z dílny americké firmy Solidscape Inc. se sídlem v New Hampshire najdeme v nabídce společnosti BIBUS, která nám je také s odborným výkladem předvedla v praxi.

Technologií strojem používanou se tisknou výhradně modely z vosku, určeného k odlévání metodou vytavitelného modelu („ztraceného vosku“). Získané modely je možné, po doplnění vtokové soustavy, bez dalších úprav zaformovat, následně vytavit a odlévat. Kromě toho lze „výtisky“ přímo použít pro výrobu silikonové formy. Materiál je rozměrově stabilní, velmi pevný a na rozdíl od běžných vytavitelných vosků odolává teplotám až do 100 °C, teprve pak začíná měknout a při vyšších teplotách se vytavuje. Technologie dosahuje v osách X a Y (vodorovně) „rozlišení“ 5000×5000 dpi a v ose Z dokonce 8000 dpi. Z tohoto důvodu již odpadá potřeba ruční úpravy povrchu. Tisk i malých modelů je ovšem otázkou mnoha hodin či desítek hodin, na druhou stranu však probíhá bez potřeby zásahů či dohledu obsluhy. Po odeslání dat z počítače či přímo připojeného USB flash disku již stroj pracuje zcela samostatně a dokonce mu nevadí ani krátkodobý výpadek proudu. Dokáže sám sebe kontrolovat, tisk se může kdykoliv pozastavit, doplnit, opustit. Za předpokladu použití stejné tloušťky vrstvy můžeme zhotovovat i několik modelů najednou.

Na papírovou pásku si zařízení samo tiskne kontrolní křížky,
které následně automaticky snímá optickým senzorem.

Jak tedy tiskárna funguje?

Základním principem vytváření modelu touto technologií je použití dvou typů vosku (stavebního a podpůrného) s rozdílnými vlastnostmi a jejich postupné vrstvení na stavební podložku, po němž následuje vyprání „vytištěného“ modelu v lázni s teplotou 50 °C (při ní se beze zbytku rozpustí podpůrný vosk).

Tiskárna používá dvě piezoelektrické trysky, jednu na modrý – stavební (InduraCast), druhou na fialový – podpůrný materiál (InduraFill). Vosky jsou netoxické. Dodávají se v granulích a lze je doplňovat prakticky kdykoliv i během práce. Tisk se pozastaví, obsluha dosype vosk, počká 15 minut, až se granule rozpustí, zkontroluje doporučené provozní teploty, a jakmile narostou do potřebných hodnot, může se pokračovat v tisku. Stav spotřebního materiálu indikují ukazatele na externím ovládacím displeji.

Oba druhy vosku se dodávají v granulích, tato
láhev stavebního vosku stojí přibližně 4700 korun,
cena fialového podpůrného vosku je asi o tisíc korun nižší.

Rychlost tryskání odpovídá šesti až dvanácti tisícům mikrokapiček za sekundu, na čtvereční milimetr padne asi 38 tisíc kapiček. Nejmenší dosažitelná tloušťka stěny, která má ještě zůstat celistvá, je 0,25 mm (takový model již ale nenachází praktické uplatnění, neboť tuto tloušťku nelze odlít, odlitelná a použitelná, i pro zlatníky, je tloušťka 0,4 mm).

Podobně jako u práškové technologie se i zde model staví na stavební podložce, zásadní rozdíl je ale v již zmíněném způsobu odstraňování podpůrného materiálu a v samotné metodě vytváření jednotlivých vrstev. Tiskové trysky se pohybují v obou osách přesně řízenými krokovými motory, zatímco pohyb ve vertikální ose zajišťuje mikrometrický šroub. Každá vrstva se frézuje frézou s vodorovnou osou rotace, přičemž právě nastavitelný úběr definuje tloušťku vrstvy a tím jakost povrchu. Vrstva může mít tloušťku od 12,7 do 76 µm při 2,5setinové přesnosti. Na papírovou pásku si tiskárna po každé dokončené vrstvě tiskne kontrolní křížek a optickým senzorem kontroluje, zda se křížek z vosku vytiskl. Pokud nikoliv, znamená to, že nefunguje tryska. V tom případě se automaticky odfrézuje poslední vrstva, vyčistí se tryska, vyzkouší, a jakmile je vše v pořádku, vrstva se znovu vytvoří a stroj pokračuje dál. Zvláště u mnoho hodin či dnů trvajících tisků je tato soběstačnost zařízení velmi přínosná.

Na povrchu stavební podložky z tvrzené pěny jsou patrné stopy
podpůrného vosku z tisku předchozího modelu. Povrch podložky
by měl být před každým tiskem zarovnán frézou

Obslužný software, příprava k tisku a samotný tisk

K tiskárně se dodává obslužný dotekový displej a software Model Works pro nastavení parametrů tisku. Vstupním formátem je, podobně jako u jiných technologií Rapid Prototypingu, soubor typu STL. Uživatel se nemusí starat o vytváření konstrukce podpor, vše zajistí software, který podpory automaticky vygeneruje podle zadání. Nabízí dvě standardní volby, a to buď podporu pouze zespodu, nebo zespodu i z boku. Dále má uživatel možnost zvolit tloušťku vrstvy a hrubost/rychlost frézování, zda frézovat sousledně či nesousledně, najednou, nebo na čtyřikrát. Všechny tyto informace se vyexportují do jednoho souboru, což je v případě tohoto stroje soubor s příponou t76. Na tiskárně se pouze odklepne tisk vybraného souboru a dále již není potřeba se o nic starat. Tiskový soubor lze připravit na libovolném počítači a pak jen přijít s USB flash diskem, připojit jej do k tomu určeného USB portu na stroji a zkopírovat na disk. Obslužný software pracuje pod systémem MS Windows CE.

Obklopen podpůrným voskem se začíná rýsovat model součástky

Před novým tiskem by se mělo provést odvzdušnění přívodních hadiček od bublinek a naopak, na druhou stranu filtru do tiskové hlavy vpravit pomocí injekční stříkačky bublinku, která plní funkci tlumiče v piezotrysce. Tato operace vyžaduje určitou zručnost. Potřebnými úkony před zahájením tisku, které zahrnují např. vyčištění pracovního prostoru a pohyblivých součástí od zbytků vosku, provede uživatele obslužný program.

Následuje založení stavební podložky (prkýnka) z tvrzené pěny do pracovního prostoru. Její povrch by se měl před tiskem zarovnat frézou. Právě při činnosti frézy si uvědomujeme, že T76 není zrovna nejtišší zařízení a jeho provoz v klidném kancelářském prostředí nemusí být vždy přijatelný pro nejbližší okolí. Největší hluk údajně dělá vysavač. Jde o normální vysavač Elektrolux, jaký se používá v domácnostech, ovládaný tiskárnou přes spínací skříňku.

Po kalibraci a načtení souboru pro tisk může stroj konečně začít s tiskem. První dvě vrstvy nanášené na podložku jsou z podpůrného vosku. To proto, že poté, co se tisk ukončí, se dá podložka i s modelem na „vařič“ (dodá se s tiskárnou) a po zahřátí model jednoduše z podložky sjede. Plát vařiče je sice zcela horký, ale pórovitá pěna stavební podložky propustí nahoru přibližně jen 60 °C. Tato teplota podpůrný vosk roztavuje.

Ukázky "výtisků"

Model se následně vloží do speciální lázně s magnetickým mísidlem, v níž je teplota udržována pomocí elektrického teploměru na 50 °C, při kterých se podpůrný vosk zcela vyplaví. Důležitou roli hraje tvar sítka, kterým se pak „výtisky“ vyjímají z nádoby. Křehké modely se mohou v nevhodném sítku poškodit. Pro odtavení podpůrného vosku je vedle teploty padesát stupňů podstatný především pohyb tekutiny, ať už jej zajišťuje vrtulka či bubliny.

Model zhotovený metodou voskového a práškového 3D tisku

Závěrem

Jak vidno, jakkoliv nám může T76 na první pohled připomínat kancelářskou tiskárnu, její obsluha a zejména potřebná údržba a dokončovací operace s „vytištěným“ modelem vyžaduje zcela odlišný přístup, více „manuálního“ zapojení uživatele i určitou zručnost a zkušenost. Srovnávat takovéto specializované zařízení s běžnou tiskárnou však samozřejmě není na místě, stejně jako není na místě srovnávat oblasti, pro které jsou produkty určeny. Solidscape T76 je ve své třídě velice pokročilé řešení přesného 3D tisku s vysokým stupněm automatizace. Díky značné přesnosti tisku může najít uplatnění při vytváření modelů, jejichž výroba tradičními technologiemi je často několikanásobně dražší nebo zcela nemožná. Příkladem budiž šperk na obrázku.

Cena cca 840 tisíc Kč, za komplet, včetně instalace a zaškolení obsluhy.