Aditivní výroba přináší světlo do temnoty

Podsvícené vzory – kreativita nemá žádné hranice. © Fraunhofer IPA/Foto: Christian Bay

Podsvícený obklad dveří z 3D tiskárny. © Fraunhofer IPA/Foto: Christian Bay

Výroba je náročná, recyklace složitá: Komplexní plastové díly, které musí být na určitých místech průhledné, kladou na výrobce a likvidátory značné nároky. S propracovaným 3D tiskovým procesem se odborníkům z Fraunhofer IPA a Univerzity Bayreuth podařilo tyto díly vyrábět v jediném výrobním kroku a průběžně ze stejného materiálu.

Ať už se jedná o palubní desku, ozdobné lišty nebo podsvícené tlačítka a spínače pro klimatizaci a rádio – mnoho komponentů automobilů a elektrických zařízení obsahuje světelné prvky nebo selektivně osvětlené symboly. Při řízení auta pomáhá kontrast tmavého pozadí a světlého symbolu, který umožňuje rychle rozpoznat požadované tlačítko v noci a soustředit se na silnici.

Dokonce i pro malé díly, jako jsou tlačítka a klapky, je pro výrobu podsvícených symbolů potřeba několik materiálů s různou průhledností, různé výrobní kroky nebo proměnná tloušťka dílu. Tyto jednotlivé materiály jsou většinou neoddělitelně spojeny, což výrazně snižuje jejich recyklovatelnost. Projektová skupina Procesní inovace Fraunhoferova institutu pro výrobní techniku a automatizaci IPA a technologické Impact Hub Lehrstuhly environmentálně šetrné výrobní techniky Univerzity Bayreuth využívají aditivní výrobu k ekologičtějšímu a ekonomičtějšímu výrobě těchto funkčních plastových dílů.

„Recyklační schopnost a krátké výrobní časy hrají stále důležitější roli při výrobě technických dílů, zvláště v aditivní výrobě,“ říká Marco Wimmer z Fraunhofer IPA. „Využitím potenciálu aditivní výroby a inovativních materiálů a strojních technologií vznikají nové možnosti výroby funkčních dílů.“

Ze prášku se vytvářejí selektivně průhledné díly

Jako základní materiál pro selektivně průhledné díly využívá výzkumný tým kolem Wimmera jemně mleté thermoplastické plastové prášky. Patří sem například měkké thermoplastické elastomery, tuhé plasty jako polybutylenterephthalát (PBT) nebo průhledné či průsvitné kopolymery. Tyto a další komerčně dostupné nebo teprve vyvíjené plastové prášky parametrizují bayreuthští vědci pro technologii High Speed Sintering (HSS) a testují jejich použití. Výsledky představí ve „HSS-Material Network“, síti zaměřené na zvýšení dostupnosti plastových prášků pro poskytovatele služeb a uživatele.

HSS patří mezi práškové vrstvy metod „Powder Bed Fusion of Polymers with Infrared Radiation“ (PBF-IR/P), což je skupina aditivních výrobních procesů, při nichž se na vyhřívanou stavební platformu nanese tenká vrstva plastového prášku a poté je pokryta inkoustovými tryskami s lepkavou barvou. Následně infračervený zdroj záření prohřívá práškovou vrstvu. Barva v inkoustu absorbuje záření, zahřívá se a selektivně taví plastový prášek. Tím, že výzkumný tým upravuje množství nanášené barvy, může lokálně cíleně ovlivňovat vlastnosti dílů.

Světlo a stín jsou blízko sebe

To, zda je oblast průhledná, závisí na množství lepkavé barvy, která byla lokálně nanesena na plastový prášek. Pro tavení plastového prášku je potřeba jen malé množství barvy. Díky tomu je díl mírně světle šedý, avšak průsvitné vlastnosti plastového prášku převažují. Pokud je naneseno více než minimální množství barvy potřebné k tavení, klesá místní průhlednost.

Bayreuthští vědci využívají tento jev cíleně k výrobě aditivně vyráběných dílů s vysokým rozlišením vzorů, nápisů a symbolů, které pomocí světelného zdroje září. Díky vysokému rozlišení inkoustových trysek je možné kromě tvrdých kontrastů světla a stínu také realizovat plynulé přechody.

Ekologicky a ekonomicky na přední koleji

Personalizované vzory, nápisy a symboly, složité trojrozměrné struktury s světelnými prvky nebo průsvitné díly pro kombinace senzoru a osvětlení – to vše je díky tomuto propracovanému 3D tiskovému procesu možné vyrábět v jediném výrobním kroku a bez nutnosti konstrukčních úprav tloušťky dílů. A protože plastové díly jsou vyrobeny průběžně ze stejného materiálu, lze je snadno recyklovat.

„Aditivní výroba odlehčuje přírodě i ekonomice: Díky udržitelnému výrobnímu procesu a krátkým výrobním řetězcům je možné funkčně realizovat díly s selektivně průhlednými strukturami bez konstrukčních omezení,“ shrnuje Wimmer.