Rychlá odpověď pro netrpělivé – kovový výtisk vás dnes může přijít na několik desetikorun, stejně jako na stovky tisíc, podle toho, jakou použijete technologii 3D tisku, materiál a co bude obnášet příprava optimalizovaného CAD modelu.

V první řadě je při posuzování ekonomiky kovového 3D tisku nutné dobře porozumět tomu, že aditivní výroba není konkurencí pro tradiční výrobní metody. 3D tisk je primárně jejich nadstavbou a doplňkem, který exceluje v oblastech, kde již CNC obrábění nebo odlévání nestačí. Nemá proto ani smysl pokoušet se porovnávat náklady na výrobu standardního obráběného dílu 3D tiskem, pokud daný díl není pro 3D tisk optimalizován a nevyužívá výhod aditivní výroby.

Naopak, pokud k úloze přistoupíte s cílem dosáhnout skokově lepších technických parametrů – nižší hmotnosti, nižší spotřeby materiálu, vyšší pevnosti nebo třeba speciálních vlastností, jako jsou z výroby zabudované vnitřní chladicí kanálky – zde 3D tisk bude vynikat a pro mnohé aplikace nabídne bezkonkurenční řešení, jehož nebude možné dosáhnout jinak než právě aditivní výrobou.

Technologie 3D tisku kovů – z prášků i z filamentu

Pro aditivní výrobu kovových dílů je k dispozici několik různých technologií, které se liší formou používaného materiálu i způsobem, jak je z tohoto materiálu vytvářen konkrétní objekt. Tyto technologie se od sebe navzájem výrazně liší ve schopnostech, náročnosti obsluhy i v pořizovacích nákladech na 3D tiskárnu.

Dosavadní high-end představují technologie aditivní výroby, u nichž je jako materiál používán kovový prášek. Nejčastěji se s kovovým 3D tiskem setkáte v podobě selektivního tavení laserem (SLM – Selective Laser Melting) a tzv. přímého spékání kovů laserem (DMLS – Direct Metal Laser Sintering). V menší míře je zastoupena specifická technologie tavení elektronovým paprskem (EBM – Electron Beam Melting).

Všechny tyto metody využívají jako materiál kovový prášek a jsou označovány jako tzv. Powder Bed Fusion (PBD) – tedy fúze v práškovém loži. Vedle toho existují specializované metody výroby kovových dílů tryskáním a navařováním (DED, CLAD, cold spray), někdy i v podobě hybridních strojů, které kombinují aditivní výrobu a obrábění.

Na opačné straně cenového spektra jsou mladé technologie 3D tisku, které vyrábějí díl ze směsi kovového prášku a chemického pojiva za působení tepla. Finální kovový díl vzniká dodatečným sintrováním v peci a za jeho vznikem v potřebných rozměrových tolerancích stojí sofistikované algoritmy, které krotí zákonitě vznikající smrštění objektů při takovém způsobu výroby. Tyto způsoby 3D tisku kovových dílů sice nenabízejí takovou přesnost a pevnostní vlastnosti jako špičkové metody 3D tisku z prášků využívající laserový či elektronový paprsek, jsou však řádově levnější a dovedou uspokojit i poptávky v malosériové výrobě.

Posuzujte vždy náklady na celý proces

U 3D tisku a u toho kovového zvlášť opravdu platí rčení, že účel světí prostředky. Navzdory zdánlivě vysokým pořizovacím nákladům lze totiž ve finále díky využití aditivní výroby ušetřit spoustu času a peněz ve srovnání s konvenčními výrobními metodami.

Při kalkulaci vyráběných dílů je nutno posuzovat vždy celý proces, který je pro dosažení výsledku nezbytný. A vezmeme-li v potaz, že pro 3D tisk se rozhodnete tehdy, když je díl tvarově zvlášť komplikovaný, v případě 3D tisku bývá tento proces mnohem kratší a přímočařejší než například CNC obrábění – s nižší spotřebou materiálu, menším množstvím odpadů, bez použití přípravků, forem atd.

V nákladech na vyrobený kus se velkou měrou podepisuje amortizace samotné technologie, tj. používaného stroje. Pořizovací náklady na 3D tiskárnu kovových dílů a nezbytnou okolní infrastrukturu mohou při horní hranici činit i desítky milionů korun – a proti tomu přicházejí na trh nové technologie kovového 3D tisku, které cenu 3D tiskárny a nezbytného souvisejícího vybavení posunuly na úroveň nižších jednotek milionů. Je zde tedy veliký rozptyl v pořizovací ceně technologie a roli hraje také to, jak moc ji provozovatel dokáže vytížit – čím vyšší bude objem produkce, tím výhodnější bude provoz.

3D tiskem vyráběné kovové díly se neobejdou bez post-procesingu. Toto dodatečné zpracování po vytištění obnáší například oddělení výtisků od podpěr a tiskové platformy (ke které mohou být přivařené), zušlechťování povrchů a doobrobení na CNC stroji v příslušných místech pro dosažení požadovaných tolerancí nebo tepelné opracování pro eliminaci vnitřních pnutí a zlepšení pevnosti.

Menší měrou se do nákladů propisuje materiál – v závislosti na tom, zda jde o hliník, oceli nebo titan se kilogram prášku prodává za stovky až tisíce korun. Zvlášť u dražších materiálů oceníte, že v případě aditivní výroby spotřebujete jen o něco málo víc materiálu, než si žádá skutečný objem vašeho výrobku. Většina nezpevněného prášku lze obvykle recyklovat a použít znovu.

V kalkulaci nákladů na kovový 3D tisk nelze zapomínat na personální výdaje. Chcete-li maximálně těžit z výhod aditivní výroby, musejí být vaše výrobky od počátku navrhovány kvalitním konstruktérem, který ví, co dělá a dokáže v konstrukčním návrhu zúročit benefity výrobní technologie. Nezbytnou složkou nákladů je použitý software. Zvlášť u 3D tiskových úloh, při kterých je využívána například topologická optimalizace a podobné algoritmické úpravy, se bavíme o počítačových CAD a CAE aplikacích, jejichž licence stojí stovky tisíc až miliony korun a vyžadují dobře vyškolený personál.

Vysoký stupeň edukace je očekáván také u obsluhy 3D tiskárny – od přípravy tiskové úlohy přes nastavení klíčových procesních parametrů po zmiňovaný post-proces. Takoví odborníci se neobejdou bez poměrně nákladného proškolení a například na českém pracovním trhu je jich prozatím velmi málo.

Ze začátku si nechte tisknout externě

Celkově vzato, vstup do 3D tisku kovů znamená nemalou investici, která se vyplatí, pokud víte, co děláte a proč to děláte. V závislosti na zvolené technologii, složitosti dílu a velikosti série, přitom můžeme hovořit o velmi dostupné metodě výroby – náklady na jeden vytištěný kovový produkt nakonec mohou činit i pouhé desetikoruny.

Pro většinu firem, které dosud s aditivní výrobou nemají zkušenosti, se proto vyplatí ze začátku zadávat zakázky tohoto typu externím dodavatelům. Vyzkouší si tak, co aditivní výroba nabízí či nenabízí právě pro jejich zakázky. Je potom běžné, že pokud se sejde správná poptávka s nabídkou, rozhodne se takový zákazník po nějakém čase pořídit si vlastní technologii 3D tisku.

Služby 3D tisku nabízí specializovaná tisková centra, prakticky všichni dodavatelé průmyslových 3D tiskáren a také mnozí jejich zákazníci, kteří si již technologii osvojili a hledají pro ni širší využití. Dobrou volbou jsou i technické univerzity, které aktuálně v Česku disponují výborně vybavenými pracovišti pro kovový 3D tisk i potřebnými zkušenostmi.

Na závěr se hodí zmínit, že v určitých případech je možné ke kovovým výrobkům dospět rychle a levně i prostřednictvím plastového 3D tisku, pokud se tento zkombinuje se slévárenskou technikou lití na vytavitelný model. Na tuto problematiku se zaměříme v některém z budoucích článků.