Žijeme v době 3D tisku. Tisk funkčních dílů z plastů, kovů i jiných materiálů se stal běžnou součástí průmyslového života. Tisknou se prototypy, díly v malosériové výrobě, části tvářecích a obráběcích nástrojů či např. celé domy. Zároveň ale neustále probíhá výzkum, který se snaží u jednotlivých technologií 3D tisku posouvat jejich hranice.
Tématu 3D je věnován také článek z titulní strany uznávaného časopisu Technický týdeník. Je zde prezentován ojedinělý a inovativní výzkum týmu odborníků z Ústavu strojírenské technologie, který byl součástí nedávno dokončeného projektu s názvem „Analýza tvářitelnosti a svařitelnosti materiálů vyrobených 3D tiskem drátovou metodou“. Tým vědců pod vedením Jana Řiháčka si stanovil jasný cíl projektu – optimalizovat a ověřit možnosti vytvoření tenkostěnných dílců nanášením vrstev kovů na robotickém pracovišti obloukovou metodou CMT (Cold Metal Transfer) a definování materiálového modelu pro numerické simulace.
Záměrem bylo stanovit, jaké procesní parametry (ochranný plyn, proud, rychlost apod.) jsou pro 3D tisk při použití nízkouhlíkové a korozivzdorné oceli ideální pro to, aby měla daná struktura z hlediska tvářitelnosti a svařitelnosti ideální charakteristiky a aby následně vydržela i požadované provozní zatížení.
V čem je projekt natolik ojedinělý? V databázích numerických softwarů v současné době zatím chybí modely pro dynamickou numerickou analýzu. Najdete v nich spíše informace o přídavném materiálu. Když ale materiál projde procesem 3D tisku, tak se jeho charakteristiky výrazně změní. Problém spočívá v tom, že dopředu nevíte, jak moc se změní. Numericky simulovat celý proces 3D tisku již sice lze (např. na Ústavu přístrojové techniky AV ČR se o to pokoušejí), ale je to věc pouze orientační a riskantní, protože simulace zatím není možné v tomto směru nějak validovat.
Týmu odborníků z ÚST, do kterého se začlenila i řada doktorandů, zejména Martin Harant a Josef Izák, se podařilo za pomoci sady rovnic a matematických modelů popsat, co se stane, když se určitým způsobem změní parametry tisku z nízkouhlíkaté či korozivzdorné oceli.
Simulačnímu softwaru nyní už jen stačí říci, jaká je například teplota či rychlost zatěžování, a systém si automaticky dopočítá patřičnou charakteristiku. Pokud se s 3D tiskem z těchto materiálů bude nyní pokračovat na úrovni praktických zkoušek, případně pokud budeme chtít v průmyslu tisknout například zkušební prototypy, nebudeme věštit z křišťálové koule, jaké vlastnosti prototyp má, ale už budeme vědět, že má při konkrétních parametrech tisku například konkrétní mez pevnosti a podobně.
Takto získaný materiálový model, ale i zjištěné procesní parametry 3D tisku, mohou pomoci v mnoha dalších sférách, nejen budoucímu prototypování v průmyslu.