Voskové 3D tiskárny pro odlévání šperků: průvodce výběrem

Vosková 3D tiskárna umožňuje převést digitální návrh šperku na fyzický model určený pro lití na ztracený vosk. Dokáže vyrábět jednotlivé zakázkové kusy, varianty nových návrhů i rozsáhlejší série modelů.

Při výběru zařízení však nestačí porovnat rozlišení nebo velikost pracovní plochy. Tiskárna se stává součástí celého výrobního procesu, do kterého patří příprava CAD dat, tisk, odstranění podpor, sestavení licího stromku, příprava investiční formy, vypalování, odlévání a dokončení kovového výrobku.

Dobrá tiskárna proto musí odpovídat nejen požadované kvalitě detailů, ale také reálnému objemu práce a možnostem konkrétní dílny.

Co je vosková 3D tiskárna

Vosková 3D tiskárna je zařízení, které vytváří modely přímo z materiálu určeného pro následné přesné lití. U profesionálních MJP systémů se modelový vosk nanáší po velmi malých kapkách a vrstvu po vrstvě vytváří požadovanou geometrii.

Současně s modelem tiskárna nanáší také podpůrný materiál. Ten umožňuje vyrábět:

• převisy,
• dutiny,
• prolamované konstrukce,
• složité vnitřní tvary,
• jemné krapny,
• tenké stěny,
• organické křivky.

Po dokončení tisku se podpůrný materiál odstraní postupem předepsaným výrobcem. Zůstane samostatný voskový model připravený pro kontrolu a další výrobu.

Jak vypadá celý výrobní proces

Voskový 3D tisk je pouze jednou částí výroby šperku.

Příprava CAD modelu

Výroba začíná digitálním návrhem. CAD model musí obsahovat správné rozměry, tloušťky stěn, lůžka kamenů, krapny a další technologické prvky.

Při exportu do tiskového formátu je potřeba zvolit dostatečné rozlišení geometrie. Příliš hrubě exportovaný STL soubor může obsahovat viditelné plošky, které přesná tiskárna pouze věrně reprodukuje.

Příprava tisku

Model se v softwaru orientuje na pracovní ploše a doplní podpůrným materiálem. Orientace ovlivňuje kvalitu povrchu, množství podpor, délku úlohy i náročnost následného čištění.

Tisk modelového a podpůrného vosku

Tiskárna nanáší oba materiály současně. Modelový vosk vytváří budoucí šperk, zatímco podpůrný vosk zajišťuje stabilitu složitých částí.

Odstranění podpor

Podpůrný materiál se odstraní doporučeným rozpouštěcím a čisticím postupem. Model je následně potřeba zkontrolovat, zejména v dutinách, otvorech, rytinách a mezi krapnami.

Sestavení licího stromku

Jednotlivé modely se připojí k vtokové soustavě. Správná poloha a rozměry vtoků ovlivňují pozdější plnění formy kovem.

Příprava a vypálení formy

Licí stromek se vloží do formovacího válce a zalije investiční hmotou. Po jejím vytvrdnutí následuje řízený vypalovací cyklus, při kterém je vosk odstraněn.

Odlévání a dokončení

Do připravené formy se nalije kov. Po vychladnutí se investiční hmota odstraní, výrobky se oddělí od vtokové soustavy a následuje broušení, leštění, fasování nebo další povrchová úprava.

MJP tisk ze skutečného vosku

Technologie MultiJet Printing vytváří model nanášením kapek modelového a podpůrného materiálu. Je vhodná pro šperkařské aplikace vyžadující jemné detaily a složité geometrie.

Mezi její hlavní vlastnosti patří:

• model vytištěný přímo z vosku,
• samostatný podpůrný materiál,
• výroba dutin a převisů,
• jemná výška vrstvy,
• opakovatelné digitální zpracování,
• návaznost na lití na ztracený vosk.

Po tisku není potřeba UV vytvrzení modelu. Stále je však nutné správně odstranit podpory, zkontrolovat povrch a dodržet doporučený vypalovací postup.

Odlévatelná pryskyřice není vosk

Na trhu se často označují jako „voskové tiskárny“ také SLA, DLP nebo LCD zařízení používající odlévatelnou pryskyřici. Tato zařízení ale netisknou ze skutečného vosku.

Odlévatelná pryskyřice je fotopolymer, který po tisku obvykle vyžaduje:

• omytí,
• vysušení,
• následné UV vytvrzení,
• přesně nastavený vypalovací cyklus.

Jednotlivé pryskyřice se liší obsahem voskových složek, tepelnou roztažností a množstvím zbytků po vypálení.

Pryskyřicový tisk může mít nižší vstupní investici a být vhodný pro určité dílny a aplikace. Skutečný voskový MJP tisk se zaměřuje na předvídatelný modelový materiál a výrobní proces podobnější tradičnímu lití na ztracený vosk.

Rozhodnutí by mělo vycházet z praktických odlévacích testů, nikoliv pouze z pořizovací ceny tiskárny.

Modelový vosk

Modelový vosk tvoří budoucí tvar šperku. Jeho vlastnosti ovlivňují tisk, manipulaci i vypalování.

Při výběru sledujte zejména:

• bod tání a měknutí,
• rozměrové smrštění,
• mechanickou odolnost,
• zachování jemných detailů,
• obsah popela,
• chování při vypalování,
• podmínky skladování.

Nízký obsah popela pomáhá omezit množství pevných zbytků v investiční formě. Nezaručuje však sám o sobě bezvadné odlití.

Podpůrný materiál

Podpůrný vosk drží model během tisku. Jeho množství a způsob odstranění mohou významně ovlivnit provozní náklady i kvalitu hotového modelu.

Před výběrem tiskárny si ověřte:

• jak se podpůrný vosk odstraňuje,
• jak dlouho čištění trvá,
• jaké vybavení a roztok jsou potřeba,
• zda se při čištění nepoškozují tenké prvky,
• jak se čistí malé otvory a dutiny,
• kolik podpůrného materiálu spotřebují vaše modely,
• jak se použitý čisticí roztok likviduje.

Nízká cena modelového vosku nemusí znamenat levný provoz, pokud zařízení spotřebuje velké množství podpůrného materiálu.

Rozlišení není totéž co přesnost

DPI a výška vrstvy popisují, s jak jemnými kroky může tiskový systém pracovat. Samy však neurčují skutečnou rozměrovou přesnost ani kvalitu povrchu.

Při porovnávání zařízení sledujte společně:

• rozlišení v osách XY,
• výšku vrstvy,
• deklarovanou rozměrovou přesnost,
• nejmenší reprodukovatelný detail,
• opakovatelnost,
• kvalitu povrchu,
• stabilitu napříč pracovní plochou,
• výsledek po odstranění podpor.

Nejdůležitější je ověření na vlastním modelu s rozměry a detaily odpovídajícími běžné výrobě.

Pracovní prostor a využitelná kapacita

Větší pracovní prostor umožňuje tisknout více modelů současně. Neznamená ale automaticky vyšší produktivitu.

Skutečnou kapacitu ovlivňují:

• rozměry jednotlivých modelů,
• jejich výška,
• orientace,
• rozestupy,
• množství podpor,
• doba přípravy tiskárny,
• rychlost jednotlivých režimů,
• následné čištění.

Při hodnocení je vhodné nechat typickou dávku naslicovat v softwaru konkrétního zařízení. Získáte odhad času a spotřeby obou materiálů.

Rychlost tisku

Katalogová rychlost v milimetrech za hodinu neposkytuje úplnou informaci o množství vyrobených modelů.

Pro provoz jsou podstatnější otázky:

• Kolik našich typických modelů se vejde na jednu plochu?
• Jak dlouho bude celá úloha trvat?
• Kolik úloh lze dokončit za týden?
• Jak dlouho trvá odstranění podpor?
• Kolik času vyžaduje pravidelná údržba?
• Jaká je rezerva pro urgentní zakázky?
• Jak rychle lze navázat odléváním?

Tiskárna s vysokou maximální rychlostí nemusí být nejefektivnější, pokud zbytek výrobního procesu nedokáže její kapacitu využít.

Software a příprava dat

Voskové tiskárny obvykle nepracují přímo s nativním souborem šperkařského CAD programu. Návrh je potřeba exportovat do podporovaného formátu, například STL nebo SLC.

Při hodnocení softwaru sledujte:

• podporované formáty,
• možnosti orientace modelu,
• automatické a ruční vytváření podpor,
• kontrolu chyb geometrie,
• odhad doby tisku,
• odhad spotřeby materiálu,
• rozmístění více modelů,
• ukládání opakovaných úloh,
• dostupnost aktualizací a podpory.

Automatické funkce urychlují přípravu, ale nenahrazují kontrolu člověkem, který rozumí geometrii šperků a následnému odlévání.

Instalace a provozní podmínky

Profesionální vosková tiskárna vyžaduje připravené pracoviště. Před nákupem si ověřte:

• rozměry a hmotnost zařízení,
• požadované elektrické připojení,
• doporučenou teplotu a vlhkost,
• přístup pro servis,
• požadavky na síťové připojení,
• skladování materiálu,
• prostor pro odstranění podpor,
• způsob dopravy a instalace,
• školení obsluhy.

Označení „stolní“ neznamená, že lze zařízení umístit na libovolný nábytek. Například WaxJet WJ51C váží 115 kg a vyžaduje stabilní pracoviště s odpovídající nosností.

Servis a dostupnost materiálu

Vosková MJP tiskárna je výrobní zařízení obsahující přesné tiskové hlavy, ohřev materiálu a pohybové mechanismy. Dostupný servis je proto důležitou součástí výběru.

Před objednáním zjistěte:

• kdo provede instalaci,
• jak probíhá školení,
• které úkony zvládne obsluha,
• jaké jsou intervaly údržby,
• zda jsou dostupné náhradní díly,
• jak rychle lze získat servisní zásah,
• zda je materiál běžně skladem,
• co se stane při dlouhodobé odstávce,
• zda dodavatel pomůže s tiskovými a odlévacími testy.

Nízká pořizovací cena ztrácí význam, pokud zařízení nemůže několik týdnů vyrábět kvůli nedostupnému servisu nebo materiálu.

Celkové náklady na vlastnictví

Cena tiskárny je pouze jedna část investice. Do ekonomického výpočtu zahrňte:

• zařízení a instalaci,
• školení,
• modelový vosk,
• podpůrný vosk,
• čisticí roztok,
• energii,
• pravidelnou údržbu,
• servisní smlouvu,
• náhradní díly,
• práci obsluhy,
• neúspěšné tisky,
• odstávky,
• dokončování modelů.

Výsledek je vhodné přepočítat na jeden použitelný model, nikoliv pouze na kilogram spotřebovaného vosku.

Pro koho je WaxJet WJ51C

Flashforge WaxJet WJ51C je kompaktnější MJP tiskárna určená především pro:

• šperkařská studia,
• zlatnické dílny,
• zakázkovou výrobu,
• menší série,
• prototypování,
• vývoj kolekcí,
• provozy přecházející od outsourcingu k vlastnímu tisku.

Nabízí pracovní prostor 235 × 138 × 100 mm a používá menší bloky modelového a podpůrného vosku.

Pro koho je WaxJet WJ530

Flashforge WaxJet WJ530 je průmyslové zařízení se třemi tiskovými hlavami a velkoobjemovým zásobováním materiálu.

Je určené zejména pro:

• větší šperkařské výrobce,
• slévárny,
• poskytovatele 3D tiskových služeb,
• pravidelnou sériovou výrobu,
• provozy s vysokým vytížením,
• rozsáhlejší výrobní dávky.

Jeho výhodou je především vyšší průchodnost výroby, nikoliv automaticky jemnější jednotlivý model.

Jak provést výběrový test

Před nákupem připravte reprezentativní CAD model obsahující prvky běžné ve vaší výrobě:

• různá lůžka kamenů,
• tenké krapny,
• jemné rytiny,
• drobný text,
• hladké oblouky,
• malé otvory,
• tenké stěny,
• dutiny,
• prolamované konstrukce.

Testovací výtisk posuzujte až po odstranění podpůrného materiálu.

Zkontrolujte:

• shodu rozměrů s CAD daty,
• ostrost hran,
• kvalitu hladkých ploch,
• čitelnost rytin,
• celistvost tenkých prvků,
• stav dutin a otvorů,
• čas čištění,
• spotřebu obou vosků,
• opakovatelnost více kusů.

Alespoň jeden model následně použijte pro zkušební odlití. Teprve tím ověříte kompatibilitu tisku s vlastní investiční hmotou, vypalovacím cyklem a slitinou.

Kontrolní seznam před nákupem

Před konečným rozhodnutím si odpovězte:

• Jaké modely budeme nejčastěji tisknout?
• Kolik kusů potřebujeme měsíčně?
• Jak rychle musí být zakázka hotová?
• Potřebujeme skutečný vosk, nebo nám vyhovuje odlévatelná pryskyřice?
• Jak se odstraňují podpory?
• Kolik stojí modelový a podpůrný materiál?
• Jaká je skutečná rozměrová přesnost?
• Jak opakovatelné jsou výsledky?
• Jaké jsou instalační požadavky?
• Kdo zajistí servis a školení?
• Jaká je dostupnost materiálu?
• Dokáže naše slévárna zpracovat vyšší kapacitu?
• Máme k dispozici test na vlastních datech?
• Jaké budou celkové náklady na jeden použitelný model?

Závěr

Dobrá vosková 3D tiskárna není pouze zařízení s vysokým rozlišením. Musí vytvářet rozměrově přesné a opakovatelné modely, pracovat s vhodným modelovým i podpůrným materiálem a zapadnout do celého procesu přesného lití.

Pro menší dílny a zakázkovou výrobu může být vhodná kompaktní WaxJet WJ51C. Pro pravidelnou produkci větších dávek je určená průmyslová WJ530.

Pokud chcete zařízení posoudit podle vlastní výroby, pošlete nám ukázková CAD data a přibližný počet modelů za měsíc. Připravíme testovací tisk, odhad spotřeby materiálu a doporučení vhodné konfigurace.