Co obnáší tisk z prášku

Jak jste mohli postřehnout v našem článku o Rocket Lab, pořídili jsme polo-industirální SLS práškovou tiskárnu Lisa X od firmy Sinterit. SLS je zkratka pro Selective Laser Sintering, takže mají celkem dobré jméno pro firmu. Sintering se do češtiny překládá jako slinování nebo spékání. Jedná se o výrobu předmětů z práškových hmot jejich zahřátím na vysokou teplotu, avšak pod jejich teplotu tání, přičemž dochází k vzájemnému splynutí práškových částic [Wiki].

Sinterit je celkem mladá firma. Začala jako startup, který chtěl dělat kompaktní SLS práškové tiskárny, jež si může pořídit i normální člověk a dát si je do své dílny. Od té doby vydali několik modelů lišících se hlavně velikostí a rychlostí tisku. Lisa X je aktuálně jejich 2. nejvýkonnější tiskárna. Stále je relativně kompaktní a nabízí rychlý tisk. Celý objem tiskárny, který je 130*180*330 mm, se dá vytisknout za dobu okolo 24h.

S tiskárnou jsme pořídili i Powder Handling Station, která slouží k následnému očistění výtisků. Oproti nejrozšířenějším tiskárnám, které používají špulku filamentu a člověk může výtisk hned vzít do ruky a používat, je práškový tisk složitější a špinavější práce.

Jak na to?

Tisk začíná slicingem. Tak jako má Průša vlastní slicer pro své FDM tiskárny, Sinterit dodává vlastní specializovaný SW pro slicing. Na první pohled slicer vypadá podobně jako zmiňovaný Pruša Slicer. Uživatel si zvolí materiál, výšku vrstvy a do vyznačené oblasti v 3D prostoru umístí modely, které chce vytisknout. Ale narozdíl od FDM tisku nepotřebují modely při tisku žádné podpěry. SLS tisk funguje zjednodušeně tak, že nanáší tenké vrstvy prášku na sebe a v každé vrstvě laserem speče jen ty části, které jsou pro tisk potřeba. Tím pádem je každá vrstva podložena spoustou dalších vrstev prášku a tiskárna nikdy netiskne "ve vzduchu" jako FDM. Můžeme tím pádem tisknout spousty součástek nad sebou a zaplnit celý tiskový objem.

Ve chvíli, kdy máme připravený soubor pro tisk, se můžeme pustit do přípravy tisku. Tiskárna má v sobě klasický wizard, který nás provází celým procesem tisku a přesně říká, co kdy máme dělat. Tiskárna obsahuje 2 komory pro prášek. První komora je zásobník prášku, ze kterého tiskárna válečkem přenáší vrstvy prášku do druhé komory, ve které probíhá samotný tisk. Tiskárna nás tedy vyzve k nalití prášku do první komory, kdy nastaví výšku komory tak, aby nám prášek přesně vyšel na náš tisk a abychom zbytečně nesypali do tiskárny prášek, který bychom následně nepoužili. Prášek je velmi jemný a člověk by řekl, že má tekutou podobu. Po nalití prášek silou upěchujeme, špachtlí odsuneme přebytečný přášek do přepadu, namažeme kolejničky, vyčistíme skla senzorů a můžeme začít tisknout. S práškem je potřeba pracovat poměrně svižně, jelikož je dost citlivý na vlhkost. Ve chvíli, kdy prášek pohltí dostatek vlhkosti, což může být otázka hodiny, po kterou je prášek otevřený na vzduchu, je znehodnocen. Prášek se k sobě začne lepit a dělat hrudky, lepit se na váleček tiskárny atp.

První zhruba hodina tisku spočívá v nahřívání tiskové komory. Komora se nahřeje na teplotu lehce před teplotou tání a následně laser dodává malé množství energie, čímž spéká jen ta místa, která jsou potřeba. Poté přichází několik hodin tisku, které se ukončují zchlazením komory, což taky trvá okolo hodiny.

Ve chvíli, kdy nás tiskárna upozorní, že je hotova, se můžeme vrhnout na postprocessing. V první řadě vytáhneme z tiskárny tzv. koláč. Koláč je v podstatě kvádr prášku, který trochu drží v kuse, ale drolí se z něj volný prášek. Pomocí přípravky přeneseme koláč na Powder Handling Station (PHS). PHS vysává a dopravuje prášek, který přepadne dovnitř, do síta, které přeseje prášek do naší prázdné nádoby. Z koláče můžeme rukama jednoduše vypreparovat naše výtisky a zbylý prášek nechat přepadnout do PHS. Můžeme použít spoustu archeologického vybavení pro očištění tisku. V podstatě je to taková archeologická práce, podobně jako vyhrabávání kosti z písku.

Ve chvíli, kdy jsme náš tisk nahrubo očistili, můžeme pomocí PHS vysát prášek, který zbyl v tiskárně. Všechen tento prášek se přeseje a dá se znovu použít pro další tisk. V našem případě, kdy tiskneme z Nylonu P12, se musí do zbylého prášku dosypat 26% čersvého nepoužitého prášku. Důvodem je, že když byl prášek několik hodin zahřán na vysokou teplotu, ztratil trochu svého pojiva. Musíme tedy dosypat čerstvý prášek, abychom dodali pojivo a zajistili dobrý výsledek příštího tisku. Krom nylonu P12 můžeme tisknout také ze specializovaných nylonů P11, které nabízí např. antistatické vlastnosti, přídavek uhlíkového vlákna pro zvýšení pevnosti. Dále polypropylen, který nabízí skvělou chemickou odolnost a flexibilní materiály, které nabízí... emm... flexibilitu.

Ve chvíli, kdy máme uklizeno, můžeme se vrhnout na pískování našich výtisků. Pískování je posledním krokem tiskového procesu a slouží pro mechanické odstranění zbytků prášku z výtisků. Jemný písek pod tlakem vzduchu odstraní zbytky prášku, které nešly odstranit při hrubém obírání prášku v PHS.

Cool, cool... a k čemu nám to vlastně je?

Na našem startupu ProxyQB vyvíjíme vlastní HW elektronické kostičky a potřebujeme vyrobit její vnější obal. Cíl je vyrábět obaly pomocí vstřikování plastů do forem. Než se ale k tomuto cíli dostaneme, musíme odladit a otestovat design kostek. V minulosti jsme prototypy tiskli na Průšovi MK3s. Tady jsme ale začali narážet na limity této technologie. Je problém tisknout přesné a drobné detaily, rozdílné pevnosti v různých osách způsobují nedostatečnou pevnost mechanických západek, které se pak při používání lámou, nedostatečné tolerance tisku, hlavně v oblastech, kde se tisklo "ve vzduchu" na podporách atd. Toto jsou všechno problémy, které SLS tisk řeší. Další z problémů byla certifikace pro biokompatibilitu, kdy náš obal potřebuje být zdravotně nezávadný a desinfikovatelný. Materiál kostky bude muset projít různými testy, abychom jej certifikovali pro biokompatibilitu. Plánujeme tedy na SLS tiskárně tisknout prototypy i první minisériovou výrobu kostek.