Az additív gyártás legfelkapottabb területe jelenleg a fémnyomtatás, eddig azonban mind a beszerezhető gépeknek, mind a szolgáltatásnak borsosan megkérték az árát.
A Markforged 3D nyomtatógyártó felismerte, hogy a kompozitok 3D printelése megoldást nyújthat azok számára, akiknek nem maga a fém alapanyag, hanem inkább a fém tulajdonságai, szilárdsága, ellenállósága a fontos. A Markforged ezért folyamatos karbon, üveg és kevlár szálerősítést alkalmazó gépeket fejlesztett, amelyek immár itthon is hivatalos, gyártói partnertől szerezhetők be. A vállalat zászlóshajója, a Mark Two pedig szeptembertől Budapesten is megtekinthető és természetesen próbára is tehető.
A Markforged a világon elsőként fejlesztett olyan asztali 3D nyomtató portfóliót, amely gépek folyamatos szálerősítést alkalmazva erős anyagokból gyártanak valóban funkcionális, 3D nyomtatott, kompozit alkatrészeket. A karbon, üveg és kevlár szálerősítéssel dolgozó Mark Two 2016-ban jelent meg, mint a Markforged második generációs gépe. Elődjéhez képest gyorsabb, megbízhatóbb lett és 320 x 132 x 154 mm-es munkaterében a nyomtatott modellek még kisebb részleteihez lett képes szálerősítést hozzáadni. Őt követte az Onyx sorozat, majd a Mark X, amely nagyobb nyomtatóterével és beépített minőségellenőrző rendszerével kifejezetten a legkomolyabb ipari feladatok kiszolgálására lett kialakítva. Legújabb fejlesztésük pedig egy új, innovatív fémnyomtatási módszer, amely várhatóan 2018-ban a fémalkatrészek additív gyártását is megfizethető közelségbe hozza.
A kompozit anyagok
A kompozit anyagok olyan összetett anyagok, amelyek két vagy több anyag kombinációjából épülnek fel a hasznos tulajdonságok összekapcsolása és a káros tulajdonságok mérséklése céljából. Az alapanyagot mátrixnak, a többi elemet pedig második vagy erősítő fázisnak is nevezik. A kompozitok ebből adódó nagy előnye, hogy az igényeinknek megfelelően szabályozhatók a tulajdonságaik. Az ismert erősítő anyagok között nagyon népszerű például a szénszál szövet.
A Markforged technológiája és kombinált alapanyagai elképesztően erős alkatrészek 3D nyomtatását tették lehetővé, ezáltal az ellenálló, funkcionális 3D nyomtatás a márka védjegyévé vált. Minden gépük esetében a mátrix is erős, nejlon vagy Onyx alapanyag. Az Onyx ráadásul már önmagában is kompozit: egyenletes, fekete filament, amely ellenálló nejlon és mikroszénszál-erősítés keveréke. Ez a két mérettartó, erős és hőálló alapanyag négyféle szálerősítéssel turbózható tovább.
Szálerősítések: üveg, karbon és kevlár
A folyamatos üveggyapotszál már az Onyx Pro géptől felfele kompatibilis a Markforged termékeivel. Az üveggyapot szállal erősített nyomtatások ötször olyan erősek, mint a kizárólag Onyx alapanyagból készült modellek. A többi szálerősítést a Mark Two és Mark X modell esetében alkalmazhatjuk, így az üvegszál hőálló változatát is. A következő lehetőségünk pedig a kevlárszál, amely a leginkább kopásálló és a legrugalmasabb a társai közül.
A legkeresettebb erősítő fázisuk azonban a folyamatos szénszál. A szénszállal erősített kompozitok közismerten nagyteljesítményű, ellenálló és ultrakönnyű anyagok. A Markforged gépei az egyedüli 3D nyomtatók a piacon, amelyek képesek folyamatos karbonszál hozzáadásával felvértezni a velük 3D nyomtatott tárgyakat. A karbonszál azért olyan népszerű, mert kiemelkedő a szilárdság/tömeg aránya és tízszer olyan erős alkatrészeket eredményez, mintha önmagában Onyx-szal nyomtatnánk. Tökéletes választás olyan alkalmazásokhoz, amikor az elérhető legnagyobb ellenállóság és szilárdság szükséges, azonban a kis tömeg is fontos tényező.
Folyamatos szálerősítés
A kompozit 3D nyomtatók hasonlóan működnek a kétfejes FDM gépekhez azzal az eltéréssel, hogy a második fejet nem egy másik műanyag, hanem a folyamatos szálerősítés beépítéséhez használják. Kezelésük sem bonyolultabb; a Markforged felhő alapú szoftvere, az Eiger egyszerűvé teszi az erősítő fázis elhelyezését és a nyomtatás előkészítését. A kompozit nyomtatók tehát szintén rétegekből építkeznek, ezekbe a rétegekbe építi be a szálerősítést a gép, amely brutális ellenállóságot kölcsönöz az elkészült alkatrészeknek.
A szálerősítésnek két fajtáját kombinálhatjuk az Eiger szoftverben: a modellre ható erők függvényében választhatunk az izotróp és a koncentrikus elhelyezés között. A koncentrikus elhelyezés a falakat erősíti meg és a Z tengely körüli hajlítószilárdságot és maximális nyomatékot növeli. A felhasználó szabja meg az alkatrészre ható mechanikai igénybevételek függvényében, hogy összesen hány körrel erősítse meg a gép a tárgy kerületét. A koncentrikus erősítés bizonyos szinten lassítja a nyomtatási folyamatot, hiszen a nyomtatófej mozgása ezesetben nem lineáris, hanem a rétegek kerületének görbületét követi, amely precíz végrehajtásához csökkenteni kell a sebességet.
Az izotróp megoldás az XY síkban ható hajlító erőkkel szembeni ellenállóságot növeli. Az egymást követő rétegekben mindig a megelőzőhöz képest 45 fokban elforgatva fekteti le a gép a szálakat, miközben automatikusan koncentrikus szálerősítést is alkalmaz. Mivel a hajlítónyomatékokból eredő húzóerők leginkább a modell keresztmetszetének szélein fejtik ki a hatásukat, azért gyakori az I-gerendákhoz hasonló szendvicspanel elrendezés, azaz a felesleges szálpazarlást elkerülendő a szoftver csak a legfelső és a legalsó rétegekbe javasolja a szálerősítés beépítését. A gyártó honlapján részletesebben tájékozódhatunk az optimális szálelhelyezés bevett gyakorlatairól, valamint ki is próbálhatjuk a beállításukat az Eiger szoftver ingyenes trial verziójával.
Folyamatba ágyazott minőségellenőrzés
Az iparban a mérettartás, a pontos részletek és a megadott tűrések mindig kritikusak. Az XYZ felbontás megadásán és pontossági teszteken túl egyelőre nagyon kevés 3D nyomtatógyártó adott erre az elvárásra megnyugtató választ. Számtalan 3D nyomtatott prototípus végzi azért a kukában, mert az orientációból, beállításokból vagy a nyomtató műszaki állapotából fakadóan túllépte a tervezett gépipari tűréseket. A Markforged erre az idő- és alapanyagpazarlásra is megoldást nyújt a Mark Two ipari nagytestvérével, a Mark X műszaki megoldásaival.
A Mark X kompozit 3D nyomtatót nem a megnövelt munkaterület vagy az akár 50 mikronos rétegmagasság, hanem a beépített szenzorok teszik egy valóban ipari alkalmazásra termett, intelligens, integrált gyártóeszközzé. A nyomtatófejre szerelt érzékelőrendszer a filamentkezelést is követi, de ez nem minden. A Mark X-be olyan lézeres elmozdulás-érzékelő került beépítésre, amely nyomtatás közben beszkenneli és vizsgálja a modellt. Ennek köszönhetően az előkészítő szoftverben többek között megadható a tolerancia is. Erre az értékre alapozva a nyomtató munka közben folyamatosan ellenőrzi a modell dimenzióit, hogy azok minden esetben megfeleljenek a megszabott tűrésnek, eltérés esetén pedig beleszólást enged a folyamatba. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy már a nyomtatás vége előtt biztosak legyünk a kritikus dimenziók méretében, ezáltal csökkentsük az esetleges idő- és alapanyagveszteséget.
A már világszerte ismert Markforged márkának eddig nem volt hazai képviselete, most azonban az elérhető árú, de magas minőségű 3D technológiai megoldásokra specializálódott FreeDee Printing Solutions lépett partnerkapcsolatra a gyártóval. Elsődlegesen a robotika, elektronikai ipar és a járműipar támaszkodik a Markforged fejlesztéseire, amelyeket a FreeDee Printing csapata szeptemberben egy a kompozitok 3D nyomtatásáról szóló szakmai nap keretében is bemutat majd.
