{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 32

O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

M. Fousová – D. Dvor sk ý – J. Kubásek – D. Vojtě ch

3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, t váření a obráb ění ?

produktem do manipulační komory, odstranění neroztaveného prášku, oddělení produktu od pracovní desky, odřezání podpůrných struktur a v případném dodatečném zpracování. Často se provádí tepelné zpracování za účelem odstranění vnitřních pnutí nebo pískování pro odstranění natavených částic prášku ulpívajících na povrchu a negativně ovlivňujících nejen rozměrovou přesnost, ale i únavové vlastnosti [1], [5]. Ostatní metody fungují na podobném principu. EBM využívá elektronový paprsek s vyšší energií a je tedy výkonnější. Hlavním rozdílem u SLS je využití dvou prášků, kdy jeden s nižší teplotou tání funguje jako pojivo [3]. Díky vysoké energii laseru nebo elektronového paprsku jsou metody 3D tisku schopny zpracovávat poměrně širokou škálu kovových materiálů, včetně těch, které jsou vlivem vysoké teploty tání špatně zpracovatelné běžnými technologiemi [7]. V SLM a EBM je vstupním materiálem prášek jednoho složení. Již byly zpracovávány různé oceli (např. korozivzdorná ocel 316L), niklové slitiny (např. Inconel 62), titan a jeho slitiny (Ti Grade 1, Grade 5), měď, slitiny kobaltu (Co-Cr-Mo), hliníkové (Al-Si, Al-Mg) či hořčíkové slitiny [1], [5]. SLS pracuje s čistými kovy (např. Al, Cu, Ti), s binárními systémy (např. Fe-Cu, Fe-Sn, Cu-Sn), slitinami na bázi niklu, kobaltu (Co-WC), bronzy, uhlíkovými, korozivzdornými či nástrojovými ocelemi apod. [2]. Tento seznam se neustále rozšiřuje o nové materiály, jelikož v posledních letech probíhá v této oblasti intenzivní výzkum. 3D tisk přináší do výroby mnoho výhod. Lze říci, že je snadnější a čistější alternativou slévárenství. Není nutná příprava forem, čištění forem, složitý mnohakrokový postup. Jedná se o velmi přesný, počítačově řízený automatizovaný proces, který poskytuje plnou kontrolu nad kvalitou výroby. Na rozdíl od manuálních způsobů odlévání se tedy jedná o proces předvídatelnější, nedochází ke vzniku defektů a přítomnosti nežádoucích vměstků. Jednou z hlavních výhod oproti běžným způsobům výroby, kterými jsou odlévání, tváření a obrábění, je geometrická volnost, tedy možnost připravit velmi tvarově složité výrobky, kterých by jinak nebylo možné dosáhnout. Příkladem využití je výroba slévárenských forem se složitým systémem chladicích kanálků. Další výhodou je snížení výrobních nákladů díky tomu, že je produkt připraven v jednom kroku, v konečné podobě a nevyžaduje již žádné obrábění. Skutečnost, že je výchozím materiálem prášek, vede navíc

k velmi vysoké využitelnosti materiálu. Nedochází prakticky k žádným materiálovým ztrátám, jelikož nevyužitý prášek může být po ukončení výrobního procesu recyklován a využit jako vstup do dalšího procesu. To je významné zejména u drahých materiálů [2], [8], [9]. Vzhledem k uváděným výhodám nachází 3D tisk uplatnění zejména tam, kde jsou vyžadovány tvarově složité součástky. Jedná se např. o letecký průmysl nebo výrobu lékařských implantátů přímo na míru pacienta. Příkladem jsou produkty SLM na obr. 2. Hlavní nevýhodou je časová náročnost. Proto je 3D tisk vhodný spíše pro malé součástky, kdy výroba trvá do 24–48 h, a malé série. Ačkoli zatím nejsou aditivní technologie schopny konkurovat velkosériové výrobě, jsou nedocenitelným přístupem pro výrobu kusovou a do budoucna mají velmi slibné vyhlídky [10]. V naší práci jsme se zaměřili na porovnání materiálu produkovaného aditivní technologií s materiálem připraveným běžným způsobem odlévání, tváření a následného obrobení do požadovaného tvaru, abychom prokázali, zda může být 3D tisk alternativním způsobem výroby při zachování požadovaných vlastností výrobku. Pro první porovnání jsme ověřovali rozdíl ve struktuře a základních mechanických vlastnostech. Z ko u m a ný m a t e r i á l Jako zkoumaný materiál byla vybrána korozivzdorná ocel AISI 316L (1.4404, ČSN 17349), která má široké využití nejen v chemickém průmyslu, ale i průmyslu potravinářském, farmaceutickém, ve stavebnictví či šperkařství. Díky své vysoké korozní odolnosti se také používá v medicíně na výrobu trvalých ortopedických implantátů, šroubů apod. Tato austenitická ocel se vyznačuje obsahem 16,5–18,8 hm. % Cr, 10–13 hm. % Ni, 2–2,5 hm. % Mo a do 0,03 hm. % C. V rámci našeho výzkumu byly porovnávány kompaktní vzorky této oceli připravené dvěma zcela odlišnými postupy. První metodou byla technologie 3D tisku selective laser melting (SLM), druhou běžný výrobní postup sestávající z odlití, tváření za tepla a následného obrobení do tvaru finálního výrobku. Oba typy materiálu byly poskytnuty komerčními dodavateli. Pro metodu SLM byl jako vstupní materiál využit jemný prášek korozivzdorné oceli s částicemi menšími než 50 µm. Tváření za tepla bylo prováděno při 800 °C. Ostatní parametry přípravy jsou nám neznámé. Po s t u p t e s t ová n í

Obr. 1. Fig. 1.

Princip metody SLM 1 Princip metody SLM Working principleObr. of SLM Fig. 1 Working principle of SLM

Nejprve byla studována mikrostruktura obou vzorků na připravených metalografických výbrusech. Ke studiu byla využita optická (inverzní metalografický mikroskop OLYMPUS PME3) a elektronová skenovací (TESCAN VEGA-3 LMU) mikroskopie. Pro určení mechanických vlastností byly provedeny tahové a tlakové zkoušky. V případě SLM byly vzorky vyhotoveny přímo v podobě zkušebních tělísek, v případě tvářeného materiálu potom byly do shodného tvaru vzorky obrobeny z dodané tyče. Vzorek pro tahovou zkoušku připravený 3D tiskem je pro ukázku zobrazen ve schématu na obr. 1. Oba typy mechanických zkoušek byly provedeny na univerzálním testovacím stroji LabTest 5.250SP1-VM za pokojové teploty, při nastavení rychlosti deformace na 0,001 s−1. Rovněž byla měřena tvrdost dle Vickerse (HV1). Výsledky

Obr. 2. Fig. 2.

Příklad produktů SLM pro lékařství Examples of SLM products for medical use

Obr. 2 Příklad produktů SLM pro medicínu

Fig. 2 Examples of SLM products for medical use

174

S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6

Na obr. 3 je uvedeno porovnání mikrostruktury korozivzdorné oceli AISI 316L připravené oběma postupy. Na první pohled je mikrostruktura velmi podobná, tvořená austenitickými zrny.

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 5-6 2016  

Slevarenstvi 5-6 2016  

Profile for inasport