Raport: różnorodne zastosowania druku 3D w przemyśle

Źródło: Pexels.com

Przemysłowy druk 3D, znany również jako produkcja addytywna, zrewolucjonizował różne sektory, oferując bezprecedensową elastyczność, opłacalność i możliwości dostosowywania. Niniejszy raport bada wieloaspektowe zastosowania druku 3D w przemyśle, w tym produkcję addytywną, szybkie prototypowanie, zarządzanie częściami zamiennymi, drukowanie 3D przy użyciu bardzo wytrzymałych stopów metali i inne godne uwagi zastosowania.

Według raportu “HUBS – A Protolabs Company”, w latach 2021-2022 rynek druku 3D odnotował dodatkowy wzrost na poziomie +19,8%, powracając do poziomów sprzed pandemii C19. Podczas gdy inne branże produkcyjne doświadczały spadku wywołanych pandemią i powiązanymi z nią lock-downami gospodarczymi, sektor druku 3D był w stanie szybko dostosować się do potrzeb firm produkcyjnych i wsparcia przerwanych łańcuchów dostaw.

Technologie przyrostowe umożliwiły wytwarzanie większej liczby części i produktów lokalnie i na żądanie, ukazując potencjał druku 3D do realnego i efektywnego wykorzystania w cyfrowych procesach produkcyjnych. Spośród ankietowanych przez Hubs przedsiębiorstw aż 68% z nich wydrukowało w 3D więcej części w 2021 niż w 2020 roku, co wskazuje na znaczny wzrost rynku. Hubs prognozuje, że do 2026 r. rynek druku 3D prawie się potroi, przewidując 44,5 miliarda dolarów przychodów.

Przy tak radykalnym wzroście wykorzystania przemysłowych drukarek 3D ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób są one wykorzystywane, jak je wybrać i jakie korzyści mogą zapewnić małym, średnim i dużym producentom. W tym wydaniu I&UR przygotowaliśmy przegląd klas drukarek 3D, rodzajów używanych filamentów, oprogramowania do projektowania 3D dla drukarek 3D oraz innych ważnych parametrów dotyczących wykorzystania drukarek 3D w zastosowaniach przemysłowych. Skonsultowaliśmy się również z kilkoma polskimi ekspertami z czołowych dostawców na temat rodzajów oferowanych przez nich drukarek i ich zalet.

Drukarnie 3D dla przemysłu to Additive Manufacturing (AM). Co to dokładnie jest?

Produkcja addytywna, powszechnie określana jako druk 3D, to transformacyjny proces produkcyjny, który buduje obiekty warstwa po warstwie, dodając materiał dokładnie tam, gdzie jest to potrzebne. Kontrastuje to z tradycyjną produkcją subtraktywną, w której materiał jest usuwany z litego bloku. Dla inżynierów zrozumienie zawiłości AM ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania jego zalet i skutecznego zintegrowania go z liniami produkcyjnymi.

Źródło: istockphoto.com

Kluczowe pojęcia w produkcji addytywnej

Produkcja addytywna składa się zasadniczo z czterech podstawowych koncepcji:

– konstrukcja produktu poprzez układanie cienkich warstw materiału warstwa po warstwie;

– cyfrowe projektowanie, w którym inżynierowie wykorzystują oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) do tworzenia modeli 3D pożądanych obiektów, które są następnie tłumaczone na instrukcje do odczytu maszynowego dla drukarni 3D;

– materiały, w tym tworzywa sztuczne, metale, ceramika i kompozyty, których wybór zależy od wymagań aplikacji, takich jak wytrzymałość, trwałość i odporność na ciepło;

– wreszcie, wykorzystywane technologie druku.

Istnieje kilka technologii druku AM, w tym FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography), SLS (Selective Laser Sintering) i DMLS (Direct Metal Laser Sintering). Każda z nich ma swoje mocne strony i ograniczenia.

Biorąc pod uwagę różne klasy i możliwości drukarek dostępnych na rynku, inżynierowie zajmujący się projektowaniem i produkcją muszą rozważyć wiele możliwych opcji w oparciu o ich unikalne wymagania. W produkcji addytywnej rzadko występują rozwiązania uniwersalne. Jeśli zakład produkcyjny wymaga elastycznych partii i typów produktów, wymagane będzie bardziej elastyczne rozwiązanie do drukowania. W jakich zastosowaniach producenci mogą wykorzystać tę stosunkowo nową i najnowocześniejszą technologię? Jest ich więcej niż myślisz. Poniżej znajduje się lista pięciu głównych zastosowań wraz z zaletami i wadami każdego z nich:

1. Produkcja addytywna

Zalety:

– Złożona geometria. Druk 3D umożliwia tworzenie skomplikowanych, złożonych kształtów, które byłyby trudne lub niemożliwe w przypadku tradycyjnej produkcji.

– Efektywność kosztowa. Zmniejsza marnotrawstwo materiałów, ponieważ wykorzystuje tylko to, co niezbędne, co prowadzi do oszczędności kosztów.

– Personalizacja. Produkty mogą być dostosowane do indywidualnych specyfikacji.

Wady:

– Szybkość. Wolniejsza niż tradycyjne metody produkcji na dużą skalę.

– Ograniczenia materiałowe. Ograniczony wybór materiałów w porównaniu do tradycyjnej produkcji.

2. Szybkie prototypowanie

Zalety:

– Przyspieszony rozwój produktu. Prototypy mogą być tworzone szybko, przyspieszając cykl rozwoju produktu.

– Projektowanie iteracyjne. Pozwala na szybkie zmiany i ulepszenia projektu.

– Redukcja kosztów. Minimalizuje koszty związane z tradycyjnymi metodami prototypowania.

Wady:

– Ograniczone właściwości materiałów. Prototypy mogą nie odwzorowywać idealnie właściwości produktu końcowego.

– Koszty sprzętu. Początkowa inwestycja w sprzęt do druku 3D może być znacząca.

3. Zarządzanie częściami zamiennymi

Zalety:

– Produkcja na żądanie. Części zamienne mogą być produkowane w razie potrzeby, co zmniejsza koszty magazynowania.

– Przestarzałe części. Ożywia produkcję przestarzałych komponentów, wydłużając żywotność sprzętu.

– Krótsze przestoje. Szybka wymiana uszkodzonych części minimalizuje przestoje w produkcji.

Wady:

– Kompatybilność materiałowa. Zapewnienie kompatybilności części wydrukowanej w 3D z istniejącym sprzętem może stanowić wyzwanie.

– Kontrola jakości. Utrzymanie stałej jakości i niezawodności może wymagać znacznych środków kontroli jakości.

4. Druk 3D przy użyciu bardzo wytrzymałych stopów metali

Zalety:

– Zwiększona wytrzymałość. Umożliwia tworzenie części o doskonałych właściwościach mechanicznych.

– Lekkość. Stopy o wysokiej wytrzymałości mogą zastąpić cięższe komponenty, zmniejszając ogólną wagę.

– Odporność na trudne warunki środowiskowe. Odpowiednie do zastosowań w ekstremalnych warunkach.

Wady:

– Koszty materiałów. Materiały ze stopów o wysokiej wytrzymałości są drogie.

– Specjalistyczny sprzęt. Wymaga zaawansowanych drukarek 3D zdolnych do obsługi tych materiałów.

– Wiedza specjalistyczna. Do pracy z tymi stopami potrzebni są wykwalifikowani operatorzy i inżynierowie.

5. Inne zastosowania

Zalety:

– Biomedyczne. Niestandardowe implanty i protezy do zastosowań w służbie zdrowia.

– Lotnictwo i kosmonautyka. Lekkie komponenty i części silnika.

– Motoryzacja. Prototypowanie i części niestandardowe.

– Architektura. Złożone komponenty budowlane.

– Produkty konsumenckie. Niestandardowe gadżety i akcesoria.

Wady:

– Wyzwania regulacyjne. Zgodność z przepisami branżowymi może być skomplikowana.

– Obawy dotyczące właściwości intelektualnych. Możliwość nieautoryzowanego powielania opatentowanych projektów.


3D PHOENIX

Druk 3D, cze?sto okres?lany jako wytwarzanie addytywne, przechodzi przez decyduja?cy etap w swoim ewolucyjnym rozwoju. Jego pocza?tki datowane sa? na lata siedemdziesia?te XX wieku, kiedy technologia ta była jeszcze w fazie laboratoryjnej. Wkro?tce po tym etapie, druk 3D zdobył uznanie w sektorach badawczo-rozwojowych (R&D) i stał sie? nieodła?cznym narze?dziem w procesie prototypowania.

 

W cia?gu ostatnich kilku lat druk 3D przeszedł do trzeciej fazy, tj. do produkcji przemysłowej. Obecnie jest stosowany do wytwarzania kro?tkich i s?rednich serii produkto?w, a takz?e prototypo?w. Chociaz? tempo rozwoju wytwarzania detali metoda? addytywna? nie doro?wnuje jeszcze technologii wtrysku, jestes?my s?wiadkami jego rosna?cego zastosowania w produkcji masowej, zwłaszcza w przypadku drobniejszych elemento?w.

Jednym z gło?wnych wyzwan? druku 3D wcia?z? jest jakos?c? powierzchni detali, kto?ra jest znacznie bardziej chropowata od detali wytworzonych technologia? wtrysku. W technologii wytwarzania addytywnego detale sa? produkowane warstwowo, co prowadzi do widocznos?ci linii warstw na powierzchni detalu. Owszem, moz?na zmniejszyc? grubos?c? warstwy, ale wydłuz?a to proces produkcji. W konteks?cie technologii proszkowych, zmniejszenie grubos?ci warstwy prowadzi do wie?kszego gromadzenia energii termicznej, co skutkuje wie?kszymi odkształceniami detali. Dlatego w przemys?le decyzja o zmniejszeniu warstwy w celu poprawienia jakos?ci powierzchni cze?sto nie jest zasadna.

 

Obecnie wchodzimy w nowa? ere? rozwoju druku 3D. Trzecia faza skupia sie? na przyspieszeniu procesu druku i rozszerzeniu gamy doste?pnych materiało?w. Czwarta faza koncentruje sie? na technologiach obro?bki druku 3D, maja?c na celu umoz?liwienie wykorzystania drukowanych elemento?w jako gotowych produkto?w.

Jes?li chodzi o technologie obro?bki, wczes?niejsze metody były ograniczone i cze?sto niewydajne. Obro?bka roto wibracyjna posiadała liczne wady, takie jak nieregularne usuwanie materiału czy ograniczone miejsca doste?pu s?cierniwa. Malowanie natryskowe ro?wniez? posiada swoje ograniczenia, takie jak zmiana wymiaro?w zewne?trznych detalu czy niska odpornos?c? na s?cieranie.

 

W odpowiedzi na te wyzwania, faza 4 rozwoju druku 3D doprowadziła do powstania nowych technologii obro?bki dedykowanych drukowi 3D. Jedna? z nich jest technika PowerShot Surfacing, kto?ra polega na bombardowaniu detalu materiałem, z kto?rego został stworzony, zachowuja?c jednoczes?nie jego zewne?trzne wymiary. Ma to na celu wbijanie sie? w strukture? obiektu materiału tak aby uzupełnic? niedobory w powierzchni. Technika ta ma swoje ograniczenia. Koniecznos?c? ekspozycji poszczego?lnych elemento?w detalu na medium jest jednym z nich. Alternatywa? jest trawienie chemiczne detali. Metoda VaporFuse Surfacing, wykorzystuja?ca nieagresywna? chemie?, skutecznie wygładza detale, zachowuja?c jednoczes?nie ich certyfikacje mie?dzy innymi kontakt z z?ywnos?cia? czy biokompatybilnosc?. Proces ten jest efektywny nawet dla detali o skomplikowanych strukturach dzie?ki ekspozycji na opary chemii trawia?cej.

 

Inna? nowatorska? technika? jest cis?nieniowe barwienie zanurzeniowe druko?w (DM60), kto?re polega na podgrzewaniu roztworu wody demineralizowanej z barwnikiem do 120°C a naste?pnie wpychaniu pigmentu pod cis?nieniem w strukture? obiektu. Ta metoda ma przewage? nad tradycyjnym malowaniem natryskowym. Barwienie ta? metoda? jest ro?wnomierne, powtarzalne i wysoce wydajne. Co wie?cej pigment cis?nieniowo umieszczany w otwartej przez temperature? porowatos?ci materiału ma głe?bsza? penetracje? detalu co skutkuje wyz?sza? odpornos?cia? na s?cieranie.


Fot. AM3D

Jakie są klasy drukarek 3D dla przemysłu i do jakich zastosowań są one wykorzystywane?

Przemysłowe drukarki 3D można podzielić na kilka klas w oparciu o ich możliwości, technologie i zamierzone zastosowania. Oto różne klasy przemysłowych drukarek 3D:

1. Drukarki 3D do stereolitografii (SLA):

– Technologia: drukarki SLA wykorzystują laser UV do zestalania płynnej żywicy fotopolimerowej warstwa po warstwie.

– Zastosowania: precyzyjne prototypy, skomplikowane modele i części o wysokim stopniu szczegółowości.

– Zalety: wysoka rozdzielczość, precyzyjne wykończenie powierzchni i dokładność.

– Wady: ograniczony wybór materiałów, stosunkowo niska prędkość druku.

2. Drukarki 3D z selektywnym spiekaniem laserowym (SLS):

– Technologia: SLS wykorzystuje laser o dużej mocy do łączenia sproszkowanych materiałów (zazwyczaj tworzyw sztucznych lub metali) warstwa po warstwie.

– Zastosowania: funkcjonalne prototypy, części końcowe i złożone geometrie.

– Zalety: różnorodne opcje materiałowe, minimalne zapotrzebowanie na konstrukcje wsporcze i dobra wytrzymałość.

– Wady: szorstkie wykończenie powierzchni, wymagana obróbka końcowa, a sprzęt może być drogi.

3. Drukarki 3D wykorzystujące technologię FDM (Fused Deposition Modeling):

– Technologia: drukarki FDM wytłaczają termoplastyczne filamenty warstwa po warstwie przez podgrzewaną dyszę.

– Zastosowania: szybkie prototypowanie, modele koncepcyjne i części funkcjonalne.

– Zalety: stosunkowo niski koszt, łatwość obsługi i szeroka gama dostępnych materiałów.

– Wady: ograniczona precyzja, widoczne linie warstw i zmniejszona wytrzymałość w porównaniu do niektórych innych metod.

4. Drukarki 3D PolyJet:

– Technologia: technologia PolyJet łączy druk atramentowy z utwardzalnymi promieniami UV płynnymi fotopolimerami w celu tworzenia precyzyjnych, wielomateriałowych części.

– Zastosowania: bardzo szczegółowe prototypy, realistyczne modele oraz urządzenia dentystyczne i medyczne.

– Zalety: doskonałe wykończenie powierzchni, wielomateriałowość i wysoka dokładność.

– Wady: ograniczone opcje materiałowe, stosunkowo drogie materiały eksploatacyjne.

5. Drukarki 3D z cyfrowym przetwarzaniem światła (DLP):

– Technologia: drukarki 3D DLP wykorzystują cyfrowe źródło światła do warstwowego utwardzania płynnej żywicy.

– Zastosowania: biżuteria, produkty dentystyczne i bardzo szczegółowe prototypy.

– Zalety: szybkość, wysoka rozdzielczość druku i dobra jakość powierzchni.

– Wady: ograniczony wybór materiałów, wrażliwość na promieniowanie UV i może być wymagana obróbka końcowa.

6. Drukarki 3D z bezpośrednim spiekaniem laserowym metalu (DMLS):

– Technologia: DMLS wykorzystuje laser o dużej mocy do topienia i stapiania cząstek proszku metalu warstwa po warstwie.

– Zastosowania: przemysł lotniczy, motoryzacyjny i medyczny do produkcji części metalowych.

– Zalety: możliwość drukowania w metalach takich jak tytan i aluminium, złożone geometrie i wysoka wytrzymałość.

– Wady: wysokie koszty sprzętu i materiałów, ograniczona skalowalność.

7. Drukarki 3D wykorzystujące technologię Binder Jetting:

– Technologia: strumieniowanie spoiwa polega na nakładaniu ciekłego środka wiążącego na sproszkowany materiał w celu utworzenia stałych części.

– Zastosowania: formy odlewnicze, części metalowe i modele architektoniczne.

– Zalety: szybkość, skalowalność i szeroki zakres kompatybilnych materiałów.

– Wady: niższa rozdzielczość, wymagana obróbka końcowa, a niektóre materiały mogą być kruche.

8. Wielkoformatowe drukarki 3D:

– Technologia: drukarnie te są dostępne w różnych technologiach (np. FDM, SLS), ale wyróżniają się możliwością drukowania dużych części lub obiektów.

– Zastosowania: prototypy samochodowe, modele architektoniczne i komponenty lotnicze.

– Zalety: zdolność do produkcji obiektów na dużą skalę, opłacalność w stosunku do rozmiaru i zmniejszone wymagania montażowe.

– Wady: ograniczona szczegółowość w przypadku bardzo dużych wydruków, wyższe zużycie materiałów i dłuższy czas drukowania.


OMNI 3D

 

Drukuj tylko to, czego potrzebujesz, bez nadmiaru.

?Dzie?ki coraz większej doste?pnos?ci druku 3D, ale takz?e oprogramowania i narze?dzi do modelowania 3D, produkcja cze?s?ci zamiennych w ramach jednego zakładu jest juz? codziennos?cia?. Coraz wie?cej naszych odbiorców zrywa z winduja?cym ceny monopolem producentów urza?dzen? lub chroni sie? przed niedoste?pnos?cia? cze?s?ci u dostawców. Dla przykładu sami w obliczu braku doste?pnos?ci cze?s?ci do produkcji drukarek- elementów mocowania na szynie DIN – bylis?my w stanie wykonac? model 3D i wydrukowac? zaste?pczy element w cia?gu kilku godzin, przez co produkcja drukarek nie była wstrzymana.?

 

Innowacyjnos?c? na kaz?dym kroku

?Technologia druku 3D zmierza stopniowo do bycia tak przyste?pna?, jak klasyczna drukarka do papieru. Juz? teraz jestes?my na etapie, kiedy nie sa? wymagane wysokie techniczne umieje?tnos?ci projektanta czy operatora, aby móc skutecznie wesprzec? dział utrzymania ruchu. Co- raz bliz?sza jest wizja cyfrowego magazynu cze?s?ci zamiennych, gdzie drukujemy tylko potrzebny na te? chwile? element, zamiast utrzymywac? mroz?a?cy nam kapitał fizyczny magazyn cze?s?ci.” – Krzysztof Kardach, Główny Technolog Druku 3D w Omni3D

 

Optymalizacja kosztów magazynowania.

“Druk 3D pozwala na wykonanie cze?s?ci zamiennych na z?a?danie. Posiadaja?c drukarke? wraz z dokumentacja? techniczna? wyrobu moz?liwe jest jego ponowne wykonanie wtedy kiedy jest potrzeby. Unikamy w ten sposób koniecznos?ci magazynowania. Jest to szczególnie przydatne, gdy przedsie?biorstwo do tej pory zlecało wykonywanie takich wyrobów u zewne?trzne- go producenta.”

 

Druk 3D – Idealna technologia dla specjalistycznych zastosowan?.

“Druk 3D w technologii FFF/FDM wykorzystuje tworzywa termo- plastyczne. Dzie?ki czemu moz?liwe jest wykonanie danego wyrobu z podobnego ba?dz? nawet identycznego gatunku materiału, z które- go jest on wykonywany konwencjonalnie np. poprzez formowanie wtryskowe. Jest to szczególnie przydatne, gdy wyrób musi odznaczac? sie? wyja?tkowymi włas?ciwos?ciami m.in. zdolnos?cia? do dyssypacji ładunków elektrostatycznych czy tez? odpowiednia? klasa? palnos?ci. Ła?czy sie? to dodatkowo z niskim kosztem wste?pnym inwestycji, dla niskich serii produkcyjnych. Gdy istnieje potrzeba wykonania kilku, ba?dz? kilkunastu wyrobów, to koszt oprzyrza?dowania stanowi znacza?ca? cze?s?c? finalnej ceny gotowego wyrobu wykonywanego przy pomocy konwencjonalnych technologii.”

 

Testujemy, wdraz?amy, oferujemy – wybór odpowiedniego materiału ma znaczenie.
“Przed wprowadzeniem nowego materiału do naszej oferty musi on przejs?c? szereg testów, aby poznac? jego włas?ciwos?ci technologiczne na naszych maszynach. Da?z?ymy do tego, aby klient mógł wykorzystywac? oferowane przez nas materiały bez spe?dzania duz?ej ilos?ci czasu na eksperymentowanie. Oczywis?cie domys?lne parametry nie spełnia? oczekiwan? wszystkich klientów, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby zapytac? któregos? z naszych ekspertów o wsparcie.” – Wojciech Wis?niewski, Technolog Druku 3D w Omni3D


Klasa sama w sobie: stacjonarne drukarki przemysłowe

Na biurko – do fabryki. Klasy drukarek

Generalnie, ze względu na budżet i zastosowanie, wyróżnia się drukarki amatorskie i przemysłowe, a także kategorię uniwersalną – drukarki biurowe. Urządzenia amatorskie to drukarki 3D, którym nie można przypisać takich cech jak wartości jakościowe w zakresie dokładności wymiarowej, trwałości i powtarzalności. Drukarnie amatorskie to urządzenia dla hobbystów, które wykorzystują techniki wytwarzania przyrostowego, ale nie są w stanie zapewnić kluczowych parametrów przemysłowych. Z kolei urządzenia przemysłowe to systemy, które dzięki rozwiązaniom konstrukcyjno-technologicznym pozwalają sprostać wymaganiom konkretnych branż. Ostatnie rozwiązania gwarantują odpowiednią jakość druku pod względem dokładności wymiarowej wytwarzanych części, ich wytrzymałości i powtarzalności zarówno pod względem wymiarów, jak i właściwości mechanicznych. Drukarki 3D typu desktop można znaleźć zarówno w obszarze drukarek amatorskich, jak i drukarek przemysłowych, a swoją nazwę zawdzięczają rozmiarom i ergonomii obsługi, która pozwala na wykorzystanie tych drukarek w warunkach biurowych.

Drukarnie amatorskie drukują głównie z materiałów PLA/PET-G (prostych w przedruku, ale też o dość ograniczonym zastosowaniu ze względu na kruchość – PLA i niską wytrzymałość części na temperaturę). Mają otwarte komory robocze i używają podstawowych materiałów, które są łatwe w obróbce. Takie materiały jak PLA czy PET-G są stosunkowo tanie i powszechnie dostępne, nie wymagają specjalnych warunków podczas druku, ale też mają ograniczone właściwości mechaniczne, przez co nie nadają się do zastosowań przemysłowych. Druga grupa to drukarki typowo dla przemysłu – i tu mamy zarówno drukarki mieszczące się na biurku (desktop), jak i systemy przemysłowe o dużych gabarytach i często dodatkowych wymaganiach. Te drugie wymagają więcej miejsca, a czasem nawet dodatkowych warunków (takich jak wyciągi, III faza, uziemienie itp.). Z drugiej strony, ze względu na technologię, reprezentują klasy: FDM / FFF (druk 3D z termoplastów w formie żyłki), SLA / DLP / UV LCD (druk 3D z żywic światłoutwardzalnych) oraz proszkowe – SLS (sproszkowane tworzywa sztuczne) i SLM / DMLS / PBF/ DMP (sproszkowane stopy metali) czy ADAM (druk z żyłki składającej się z proszku metalu i odpowiednich spoiw).

Podsumowując, drukarki amatorskie charakteryzują się otwartą komorą roboczą i prostą konstrukcją, wymagającą częstej kalibracji i ręcznego dostosowywania parametrów druku do materiału. Urządzenia tego typu przetwarzają podstawowe materiały nadające się do szybkiego prototypowania. Przemysłowe drukarnie 3D – zarówno desktopowe, jak i wielkogabarytowe – posiadają zamkniętą komorę roboczą, która powinna być dodatkowo podgrzewana w kontrolowany sposób. Wyposażone są w rozwiązania technologiczne (np. serwonapędy, czujniki, systemy kalibracji) zapewniające powtarzalność produkcji i dokładność wymiarową. Maszyny tej klasy przetwarzają tworzywa konstrukcyjne i produkcyjne, które wymagają bardzo rygorystycznych parametrów procesu druku, takich jak wysoka temperatura.

Te różne klasy przemysłowych drukarek 3D zaspokajają potrzeby wielu branż i zastosowań, a każda z nich ma swoje mocne strony i ograniczenia. Wybór drukarki zależy od takich czynników jak pożądane materiały, precyzja, wielkość produkcji i budżet.


TECHNOLOGY APPLIED SP. Z O.O.

 

Druk 3D od niedawna zaczyna gos?cic? w przemys?le jako technologia produkcyjna. Do odczarowania druku 3D z postrzegania go jako technologie? do tworzenia prototypów albo zabawek w znacznym stopniu przyczyniły sie? proszkowe technologie druku 3D. Mam tu na mys?li zarówno technologie do produkcji detali z tworzyw sztucznych takie jak SLS oraz MJF jak równiez? technologie druku z metali mie?dzy innymi DMLS oraz SLM.

Do faktu, z?e przemysł zacza?ł traktowac? druk 3D powaz?nie przyczynił sie? tez? szereg korzys?ci jakie druk 3D wnosi w z?ycie inz?yniera. Postaram sie? po krótce wymienic? najwaz?niejsze z nich.

 

1. Moz?liwos?c? wytwarzania złoz?onych topologii. Druk 3D dzie?ki swojej naturze wytwarzania, zniwelował koniecznos?c? dostosowywania projektu do narze?dzia. Niezalez?nie czy była to forma wtryskowa, frezarka czy tokarka w procesie projektowania nalez?ało miec? na uwadze aspekt wykonalnos?ci detalu. W druku 3D a w szczególnos?ci w technologiach bez podporowych ograniczenia narze?dzia sa? marginalne. Oznacza to, z?e konstruktor nie musi zwracac? uwagi na szereg aspektów technologii wytwarzania a jedynie na uz?ytecznos?c? konstrukcji. Jest to ogromna przewaga druku 3D nad innymi technologiami, wy- maga ona jednak zmiany sposobu mys?lenia co nierzadko jest najtrudniejszym zadaniem.

 

2. Konsolidacja. W pewnym sensie konsolidacja jest wynikowa? pierwszego punktu. Jest to przewaga polegaja?ca na stworzeniu moz?liwos?ci produkcji w jednym elemencie detalu, który w innych technologiach ze wzgle?du na wymagania produkcyjne musiałby byc? wieloelementowy. Brak ograniczen? narze?dziowych w druku 3D pozwala na produkowanie nawet najbardziej złoz?onych kształtów. Obiekty złoz?one z wielu cze?s?ci produkowane jako jeden element to szereg korzys?ci takich jak oszcze?dnos?c? czasu produkcji, skrócenie procesu produkcyjne- go oraz zniwelowanie kosztu montaz?u.

 

3. Redukcja masy. To juz? ostatni punkt bezpos?rednio powia?zany z topologia? obiektu. Brak ograniczen? narze?dziowych to równiez? moz?liwos?c? redukcji masy obiektu poprzez produkcje tych jego elementów, które wykonuja? faktyczna? prace?. Jest to ogromna przewaga produkcyjna przede wszystkim w takich branz?ach jak lotnicza oraz kosmiczna. Gdzie redukcja masy przekłada sie? bezpos?rednio na obniz?enie kosztu eksploatacji urza?dzenia oraz jego zuz?ycia paliwa.

 

4. Czas. Spór o to czy druk 3D jest technologia? szybka? czy powolna? toczy sie? od dawna. U jego podstaw lez?y brak zrozumienia natury szybkos?ci druku 3D. Technologie druku 3D zestawione np. z technologia? wtrysku, w konteks?cie wytwarza- nia tego samego detalu zawsze wypadna? kiepsko. Przewaga? druku 3D nie jest faktyczny czas produkcji detalu ale czas re- akcji. W druku 3D nie jest wymagane wytworzenie narze?dzia a cały proces moz?na rozpocza?c? natychmiast. Oznacza to, z?e w pocza?tkowej fazie wytwarzania druk 3D jest szybszy. Moz?na zatem powiedziec?, z?e druk 3D ma s?wietny moment obrotowy ale kiepska? pre?dkos?c? maksymalna? przy czym wtrysk ma kiepski moment obrotowy ale s?wietna? pre?dkos?c? maksymalna?.


Druk 3D w praktyce

Czy zatem druk 3D faktycznie przynosi rzeczywiste rezultaty? Jak najbardziej. Zebraliśmy kilka przykładowych studiów przypadku pokazujących, w jaki sposób druk 3D pomaga różnym branżom w ulepszaniu ich produktów i projektów procesów produkcyjnych w celu uzyskania lepszej jakości produktu i wyników finansowych:

1. Przemysł lotniczy: dysza paliwowa GE Aviation

– Studium przypadku: GE Aviation wykorzystało produkcję addytywną do przeprojektowania złożonej dyszy paliwowej do silnika odrzutowego LEAP. Tradycyjna metoda produkcji obejmowała 18 części, ale dzięki drukowi 3D skonsolidowano je w jedną część.

– Zalety: zmniejszona waga, zwiększona wydajność paliwowa i uproszczony montaż, co skutkuje znacznymi oszczędnościami kosztów. Firma GE Aviation wyprodukowała ponad 30 000 takich dysz 3D do swoich silników.

2. Opieka zdrowotna: niestandardowe implanty firmy Stryker

– Studium przypadku: Stryker, firma z branży technologii medycznych, wykorzystuje produkcję addytywną do tworzenia niestandardowych implantów i narzędzi chirurgicznych. Projektuje i produkuje implanty dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjentów, takie jak protezy stawu biodrowego i kolanowego.

– Zalety: lepsze wyniki pacjentów, krótszy czas operacji i lepsze dopasowanie implantów. Pacjenci szybciej wracają do zdrowia, a chirurdzy korzystają z precyzyjnych narzędzi.

3. Motoryzacja: zacisk hamulcowy Bugatti Chiron

– Studium przypadku: Bugatti, producent luksusowych samochodów, wykorzystał druk 3D do opracowania największego na świecie funkcjonalnego tytanowego zacisku hamulcowego do swojego supersamochodu Chiron. Złożony projekt nie byłby możliwy do wykonania tradycyjnymi metodami.

– Zalety: znacznie zmniejszona waga (40% lżejsze niż tradycyjne zaciski) bez uszczerbku dla wytrzymałości i wydajności. Prowadzi to do lepszego prowadzenia i hamowania.

4. Energia: komponenty do turbin gazowych Siemens

– Studium przypadku: Siemens, globalna firma zajmująca się technologiami energetycznymi, wykorzystała wytwarzanie przyrostowe do produkcji złożonych komponentów turbin gazowych. Przeprojektowano komponent palnika, konsolidując go z kilku części w jeden, bardziej wydajny element wydrukowany w 3D.

– Zalety: poprawiona wydajność spalania, zmniejszone emisje i zwiększona wydajność turbiny. Firma Siemens osiągnęła większą wydajność paliwową i obniżyła koszty konserwacji.

5. Moda: buty Adidas Futurecraft 4D

– Studium przypadku: Adidas nawiązał współpracę z Carbon, firmą zajmującą się technologią druku 3D, w celu stworzenia butów Futurecraft 4D. Wykorzystują one druk 3D do produkcji podeszwy środkowej dostosowanej do indywidualnego stylu biegania.

– Zalety: dostosowanie podeszwy środkowej dla optymalnego komfortu i wydajności. Zmniejszona ilość odpadów w produkcji i możliwość szybkiego dostosowywania projektów w odpowiedzi na opinie klientów.

6. Architektura: MX3D Bridge w Amsterdamie

– Studium przypadku: MX3D, firma zajmująca się robotyką i oprogramowaniem, drukuje 3D most dla pieszych w Amsterdamie. Projekt mostu składa się ze skomplikowanych, organicznych kształtów, które byłyby trudne do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych metod konstrukcyjnych.

– Zalety: innowacje architektoniczne i ograniczenie odpadów materiałowych. Projekt pokazuje potencjał druku 3D w budownictwie na dużą skalę.

Te studia przypadków ilustrują wszechstronność produkcji addytywnej w różnych branżach, od lotnictwa i opieki zdrowotnej po motoryzację, energetykę, modę i architekturę. Zdolność produkcji addytywnej do obniżania kosztów, poprawy wydajności i umożliwienia złożonych projektów sprawiła, że stała się ona technologią transformacyjną w krajobrazie przemysłowym.

Fot. 3D Phoenix

Wymagania dotyczące wdrożenia produkcji addytywnej w produkcji:

jak wspomniano powyżej, podjęcie decyzji o wdrożeniu technologii wytwarzania przyrostowego na linii produkcyjnej wymaga wielu wstępnych badań, aby zamówienie było odpowiednie dla Twoich potrzeb. Przygotowaliśmy jedenastoetapowy proces podejmowania decyzji, aby pomóc Ci w upewnieniu się, że uwzględniłeś wszystkie podstawy niezbędne przed dokonaniem tej ważnej inwestycji:

1. Jasna strategia projektowa. Inżynierowie muszą mieć dobrze zdefiniowaną strategię integracji AM z procesem produkcyjnym. Obejmuje to określenie, które części lub produkty nadają się do druku 3D w oparciu o czynniki takie jak złożoność, wielkość partii i wymagania materiałowe.

2. Wiedza z zakresu projektowania cyfrowego. Inżynierowie i projektanci potrzebują biegłości w oprogramowaniu CAD, aby tworzyć modele 3D zoptymalizowane pod kątem AM. Modele te muszą uwzględniać takie czynniki, jak struktury podporowe, grubość warstwy i orientacja druku.

3. Znajomość materiałów. Zrozumienie właściwości i ograniczeń dostępnych materiałów ma kluczowe znaczenie. Inżynierowie powinni wybierać materiały, które spełniają wymagania mechaniczne, termiczne i chemiczne aplikacji.

4. Kontrola jakości. Opracowanie solidnych procesów kontroli jakości jest niezbędne. Obejmuje to etapy przetwarzania końcowego, takie jak obróbka cieplna, wykończenie powierzchni i inspekcja w celu zapewnienia zgodności drukowanych części ze specyfikacjami.

5. Wybór drukarni. Wybór odpowiedniej drukarni 3D ma kluczowe znaczenie. Czynniki, które należy wziąć pod uwagę, obejmują objętość wydruku, szybkość drukowania, kompatybilność materiałów oraz dostępność wsparcia i konserwacji.

6. Szkolenie. Pracownicy powinni przejść odpowiednie szkolenie w zakresie obsługi drukarek 3D i rozwiązywania typowych problemów. Wiedza ta zapewnia wydajną i bezbłędną produkcję.

7. Obróbka końcowa i montaż. W zależności od zastosowania, drukowane części mogą wymagać dodatkowych procesów, takich jak montaż, wykończenie powierzchni lub integracja z konwencjonalnie produkowanymi komponentami.

8. Analiza kosztów. Inżynierowie muszą przeprowadzić dokładną analizę kosztów, aby określić ekonomiczną wykonalność zastosowania AM dla określonych komponentów lub produktów. Powinna ona uwzględniać koszty materiałów, amortyzację maszyn, robociznę i wydatki związane z obróbką końcową.

9. Zgodność z przepisami. W branżach takich jak lotnictwo i opieka zdrowotna kluczowe znaczenie ma zapewnienie, że części drukowane w 3D spełniają normy prawne. Inżynierowie muszą przestrzegać wymogów dotyczących certyfikacji i dokumentacji.

10. Skalowalność. Zastanów się, jak skalować operacje AM w miarę wzrostu popytu. Może to obejmować dodanie większej liczby drukarek, usprawnienie procesów i optymalizację procesów produkcyjnych.

11. Zrównoważony rozwój. Oceń wpływ technologii AM na środowisko, w tym odpady materiałowe i zużycie energii. Niektóre technologie AM oferują bardziej zrównoważone opcje niż inne.

Fot. 3D Phoenix

Jakiego rodzaju materiałów można używać do drukowania?

Przemysłowe drukarki 3D wykorzystują różne rodzaje filamentów, czyli materiałów podawanych do drukarki w celu tworzenia obiektów warstwa po warstwie. Wybór filamentu zależy od konkretnych wymagań danego zastosowania, w tym właściwości materiału, wytrzymałości, trwałości i przeznaczenia drukowanych części. Oto kilka popularnych rodzajów filamentów stosowanych w przemysłowym druku 3D:

1. PLA (kwas polimlekowy)

– Właściwości: PLA jest biodegradowalnym tworzywem termoplastycznym wytwarzanym z zasobów odnawialnych, takich jak skrobia kukurydziana. Jest łatwy w druku i ma niską toksyczność.

– Zastosowania: prototypowanie, modele koncepcyjne i części nie narażone na wysokie temperatury lub naprężenia.

2. ABS (akrylonitryl-butadien-styren)

– Właściwości: ABS jest znany ze swojej wytrzymałości, twardości i odporności na ciepło. Może wytrzymać wyższe temperatury niż PLA, ale może emitować opary podczas drukowania.

– Zastosowania: funkcjonalne prototypy, części samochodowe i towary konsumpcyjne.

3. PETG (politereftalan etylenu modyfikowany glikolem)

– Właściwości: PETG oferuje równowagę między łatwością PLA i wytrzymałością ABS. Jest trwały, odporny na uderzenia i nadaje się do zastosowań bezpiecznych dla żywności.

– Zastosowania: części mechaniczne, pojemniki i urządzenia medyczne.

4. Nylon (poliamid)

– Właściwości: nylon jest mocny, elastyczny i odporny na zużycie. Ma dobrą przyczepność warstw i jest idealny do części funkcjonalnych.

– Zastosowania: koła zębate, łożyska, niestandardowe narzędzia i prototypy przemysłowe.

5. Poliwęglan (PC)

– Właściwości: PC jest znany ze swojej odporności na wysokie temperatury, udarności i przejrzystości optycznej. Może być trudny do wydrukowania ze względu na wysoką temperaturę topnienia.

– Zastosowania: komponenty lotnicze, części samochodowe i przezroczyste lub odporne na uderzenia przedmioty.

6. PEEK (polieteroeteroketon)

– Właściwości: PEEK to wysokowydajne tworzywo termoplastyczne o doskonałych właściwościach mechanicznych i odporności chemicznej. Może wytrzymać ekstremalne temperatury i trudne warunki środowiskowe.

– Zastosowania: przemysł lotniczy, motoryzacyjny, implanty medyczne i sprzęt do przetwarzania chemicznego.

7. TPE (termoplastyczny elastomer)

– Właściwości: włókna TPE są elastyczne, sprężyste i odporne na ścieranie. Są często używane do produkcji części gumopodobnych.

– Zastosowania: uszczelki, uszczelnienia, miękkie uchwyty i urządzenia medyczne.

8. Włókna metalowe (np. miedź, mosiądz, brąz)

– Właściwości: filamenty te składają się z proszków metali zmieszanych ze spoiwem polimerowym. Po wydrukowaniu części mogą zostać poddane obróbce końcowej w celu usunięcia spoiwa i uzyskania metalowego wykończenia.

– Zastosowania: przedmioty dekoracyjne, metalopodobne prototypy i biżuteria.

9. Filamenty wzmocnione włóknem węglowym

– Właściwości: włókna te łączą włókna węglowe z matrycą polimerową, dzięki czemu powstają części o zwiększonej wytrzymałości, sztywności i odporności na ciepło.

– Zastosowania: elementy poddawane wysokim obciążeniom w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i robotyce.

10. PEI (polieteroimid)

– Właściwości: PEI jest znany ze swojej odporności na wysokie temperatury, odporności chemicznej i właściwości izolacji elektrycznej.

– Zastosowania: elektronika, lotnictwo i urządzenia medyczne.

11. PVA (polialkohol winylowy)

– Właściwości: PVA jest rozpuszczalnym w wodzie filamentem używanym jako materiał nośny dla złożonych, wielomateriałowych wydruków. Rozpuszcza się w wodzie, pozostawiając nienaruszony materiał podstawowy.

– Zastosowania: podpory do wydruków 3D z podwójną ekstruzją i skomplikowanych modeli.

To tylko niektóre z wielu opcji filamentów dostępnych dla przemysłowego druku 3D. Wybór filamentu zależy od konkretnych potrzeb projektu, w tym właściwości mechanicznych, odporności termicznej i przeznaczenia końcowych wydrukowanych części.


PROSOLUTIONS

Science-fiction 3D w przemys?le, czyli korzys?ci i zastosowania wytwarzania przyrostowego.

 

W serialu ?Star-Trek?w odcinku wyemitowanym w 1987 roku zaprezentowany został tzw. Replikator wytwarzaja?cy dowolny obiekt na z?yczenie. Kaz?dy, kto wtedy wysuna?łby teze?, z?e podobne urza?dzenia rodem z XXIV wieku be?da? uz?ywane w przemys?le juz? za kilkanas?cie lat na Ziemi, zostałby uznany, za niespełna rozumu. Tymczasem obecnie druk 3D niesamowicie ułatwia prace? inz?ynierom, projektantom, zwie?ksza efektywnos?c? wielu gałe?zi przemysłu i znakomicie uzupełnia wiele tradycyjnych metod produkcji.

 

Na wste?pie nalez?y zaznaczyc?, z?e powszechnie stosowana nazwa ?druk 3D? jest nieco niefortunna, gdyz? kojarzy sie? z wynalazkiem Johannesa Gutenberga, a zatem metoda? druku dwuwymiarowego. Trafna? i profesjonalna? nazwa? druku przestrzennego jest wytwarzanie przyrostowe lub addytywne. Wytwarzanie addytywne jest przeciwien?stwem substraktywnego, którego najlepszym przykładem jest obróbka skrawaniem CNC.

 

Zamiast obrabiac? lub ?odejmowac?? materiał, aby uformowac? obiekt ? podobnie jak rzez?biarz wycina drewno lub usuwa gline? ? druk 3D dodaje warstwe? po warstwie materiału, aby zbudowac? obiekt, ale tylko tam, gdzie jest to potrzebne. Projektanci i inz?ynierowie produktów przesyłaja? plik cyfrowy (CAD) do drukarki 3D, która naste?pnie wytwarza detal. Najcze?s?ciej stosowanymi materiałami sa? tworzywa termoplastyczne, ale technologia obejmuje takz?e fotopolimery, z?ywice epoksydowe, metale i inne. Najnowoczes?niejsze biotusze, w których wykorzystuje sie? mieszanine? ludzkich komórek i z?elatyny, sa? równiez? wykorzystane do drukowania złoz?onych modeli tkanek w 3D. Nawet materiały jadalne, takie jak czekolada sa? uz?ywane w drukarkach 3D.

 

To co odróz?nia hobbystyczne drukarki od przemysłowych to duz?o wie?ksza dokładnos?c?, a takz?e byc? moz?e przede wszystkim przewidywalnos?c? i powtarzalnos?c? wydruków.

 

Biora?c po uwage? zastosowania przemysłowe i laboratoryjne najbardziej popularne sa? technologie FDM, PolyJet oraz PBF. Po krótce opisze? kaz?da? z nich.

 

FDM ( ang. Fused Deposition Modelling ) opatentowana przez firme? Stratasys-pioniera w druku 3D, polega na osadzaniu kolejnych warstw modelu poprzez ekstruzje? termoplastów przez rozgrzana? dysze?. Wykorzystywana jest do druku prototypów i gotowych narze?dzi. Stosowane materiały wysoko- wytrzymałe (w tym niepalne, odporne na czynniki toksyczne, rozpraszaja?ce ładunki elektromagnetyczne) czy inz?ynieryjne powoduja? zastosowanie praktycznie w kaz?dej gałe?zi przemysłu. Najciekawsze zastosowania obserwujemy w branz?y motoryzacyjnej, lotniczej, kosmicznej, medycznej i militarnej.

 

Polyjet z kolei nieco przypomina klasyczny druk tuszem, tyle z?e zamiast nakładania kropli na papier, drukarka nakłada krople fotopolimeru na stół roboczy i utwardza go s?wiatłem UV. Ta niezwykle precyzyjna meto- da drukowania cze?s?ci, narze?dzi i prototypów pozwala na dokładne odwzorowanie nawet najtrudniejszych modeli dzie?ki drukowaniu z warstw juz? od wysokos?ci 16 mikronów.

 

PBF ( ang. Powder Bed Fusion ) polega na selektywnym, warstwowym spiekaniu metalowego proszku przez laser. Wdroz?enie druku 3D z metalu skraca czas produkcji, przyspiesza prace? inz?ynierów, zmniejsza straty materiałowe oraz umoz?liwia budowa- nie wytrzymałych konstrukcji metalowych z mniejsza? ilos?cia? poła?czen? spawanych. Druk 3D z metalu pozwala równiez? na tworzenie skomplikowanych i unikatowych konstrukcji,

których wczes?niejsza produkcja była zbyt czasochłonna lub wre?cz niemoz?liwa.

 

Korzys?ci biznesowe płyna?ce z zastosowania wytwarza- nia addytywnego to mie?dzy innymi swoboda projektowania, skrócenie czasu cyklu produkcyjnego, redukcja kosztów, łatwa personalizacja i zróz?nicowanie produktów oraz ekonomicznie opłacalna produkcja w małych i s?rednich seriach.

 

Zalety oprzyrza?dowania produkcyjnego drukowanego w 3D obejmuja? produkcje? na z?a?danie, dostosowywanie i digitalizacje? projektów i nieskre?powana? elastycznos?c? projektowania. Eliminuje to kosztownych dostawców, skraca czas realizacji zamówien?, umoz?liwia cyfrowe magazynowanie i zwie?ksza efektywnos?c? hali produkcyjnej. Jes?li chodzi o utrzymanie ruchu to druk 3D jest znakomitym rozwia?zaniem do szybkiego doste?pu do cze?s?ci zamiennych i ramion robotów niezbe?dnych dla funkcjonowania linii produkcyjnych. Ramiona robotów wykonane w technologii FDM przy uz?yciu wytrzymałych materiałów sa? lz?ejsze od swoich metalowych odpowiedników i dorównuja? im wytrzymałos?cia?. Moga? miec? ukryte w swej strukturze kanały oraz minimalizuja? uszkodzenia innych elementów linii w przypadku kolizji.

 

W porównaniu do tradycyjnych metod produkcji, takich jak obróbka CNC czy formowanie wtryskowe, druk 3D jest znacznie szybszy w przypadku niskich wolumenów, a takz?e znacznie tan?szy.

 

Wprowadzanie nowych produktów na rynek jest znacznie przys?pieszone. W czasie potrzebnym do wykonania klasycznej formy wtryskowej, drukarka moz?e wykonac? wie- le zróz?nicowanych prototypów za znacznie mniejsza? cene?. Wysoce realistyczne prototypy wydrukowane na wielokolorowych materiałach wygla?daja? i odzwierciedlaja? wiele cech produktu kon?cowego. Pozwala to na podejmowanie szybszych i lepszych decyzji.

 

Ciekawe zastosowania druku 3D obserwujemy w lotnictwie gdzie materiały musza? spełniac? rygorystyczne kryteria. W 2020 roku Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych rozpisały konkurs na alternatywne rozwia?zania inz?ynieryjne dotycza?ce zacisków hydraulicznych do przewodów eksploatowanych tysia?cami w mys?liwcach F-16. Zespół uz?ywaja?cy drukarki Stratasys Origin One wygrał konkurs, a ostateczna, zoptymalizowana konstrukcja zacisku dla zastosowanego w samolocie F-16 podwoiła wytrzymałos?c? oryginalnej cze?s?ci, przy mniejszej wadze. W wojskowos?ci maszyny 3D pozwalaja? na druk cze?s?ci zamiennych w bezpos?rednim zapleczu działan? wojennych. Kilka dni temu William A. LaPlante, zaste?pca sekretarza obrony USA ds. zaopatrzenia i konserwacji poinformował o przekazaniu Ukrainie przemysłowych drukarek 3D do tych włas?nie celów.

 

Przykładem z branz?y kosmicznej sa? wydrukowane w technologii FDM wielowia?zkowe układy anten fazowych do programu NASA COSMIC-2 lub około 70 cze?s?ci łazika marsjan?skiego, które spełniły wymagania wytrzymałos?ci na marsjan?skim terenie.

 

W medycynie zas? wykorzystywane sa? certyfikowane materiały biokompatybilne to znaczy dopuszczone do kontaktu ze skóra?, kos?c?mi, błona? s?luzowa? i moga?– ce byc? poddawane sterylizacji. Wykorzystywane sa?, tworzenia biomechanicznie dokładnych, wieloteksturowych modeli anatomicznych takich jak: kre?gosłupy, kre?gi, dyski, korzenie nerwowe czy serca z wysoka? dokładnos?cia? strukturalna? i biomechaniczna?. Te bardzo dokładne, realistyczne i funkcjonalne modele umoz?liwiaja? symulacje? procedur klinicznych, takich jak wiercenie i rozwiercanie, cie?cie, szycie czy tez? przeprowadzanie testów przedklinicznych i badan? naukowych z wykorzystaniem modeli reaguja?cych na promieniowa- nie, które moz?na poddac? obrazowaniu CT lub rentgenowskiemu.

 

Wytwarzanie przyrostowe, czyli technologia 3D to narze?dzie, które moz?e miec? znacza?cy wpływ na rozwój wielu branz?, takich jak medycyna, lotnictwo, motoryzacja czy produkcja. Dzie?ki niemu moz?na two- rzyc? bardziej złoz?one, lekkie i wytrzymałe konstrukcje, oszcze?dzac? materiały i czas, a nawet ratowac? ludzkie z?ycie. Science-fiction 3D w przemys?le to nie tylko marzenie futurystów, ale juz? realna rzeczywistos?c? i wyzwanie dla nauki, biznesu i społeczen?stwa. Jest to narze?dzie pozwalaja?ce, jak to powiedział dr Zefram Cochrane w 2119 roku: ?S?miało kroczyc? tam, gdzie nie dotarł jeszcze z?aden człowiek?.

 

Autor: Piotr Hanyga, Prosolutions


A co z oprogramowaniem?

Przemysłowe drukarki 3D opierają się na specjalistycznym oprogramowaniu ułatwiającym projektowanie, przygotowanie i kontrolę procesu drukowania 3D. Rodzaje oprogramowania wykorzystywanego w przemysłowym druku 3D różnią się w zależności od rodzaju drukarni, ale ogólnie rzecz biorąc oprogramowanie CAD stało się de-facto standardem. Wykorzystywane jest również inne oprogramowanie specyficzne dla danej drukarni oraz oprogramowanie wspomagające przepływ pracy. Poniższa lista zawiera różne rodzaje oprogramowania wykorzystywanego w druku 3D:

1. Oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD):

– Cel: oprogramowanie CAD służy do tworzenia i projektowania modeli 3D obiektów lub części, które zamierzasz wydrukować w 3D.

– Przykłady: Autodesk Fusion 360, SolidWorks, CATIA, Siemens NX.

2. Oprogramowanie do cięcia:

– Cel: oprogramowanie do cięcia konwertuje modele 3D CAD na serię warstw 2D i generuje instrukcje specyficzne dla maszyny (G-code) niezbędne dla drukarni 3D do tworzenia obiektu warstwa po warstwie.

– Przykłady: Ultimaker Cura, PrusaSlicer, Simplify3D.

3. Oprogramowanie do zarządzania procesem druku 3D:

– Cel: te rozwiązania programowe pomagają zarządzać całym procesem drukowania 3D, od przesłania zadania do jego ukończenia i monitorowania wielu drukarek w środowisku produkcyjnym.

– Przykłady: Ultimaker Digital Factory, Formlabs Dashboard, GrabCAD Print.

4. Oprogramowanie do zarządzania materiałami:

   – Cel: w przypadku branż wykorzystujących różnorodne materiały, oprogramowanie do zarządzania materiałami śledzi i zarządza różnymi materiałami, zapewniając prawidłowy wybór materiału dla każdego zadania.

– Przykłady: Materialise Magics Material Editor, Stratasys Insight.

5. Oprogramowanie do symulacji i analizy:

– Cel: narzędzia te symulują i analizują, jak część wydrukowana w 3D będzie działać w różnych warunkach, w tym w analizie naprężeń, wymiany ciepła i przepływu płynów.

– Przykłady: ANSYS, COMSOL Multiphysics, Autodesk Netfabb.

6. Oprogramowanie do kontroli jakości i inspekcji:

– Cel: oprogramowanie do kontroli jakości zapewnia, że części wydrukowane w 3D spełniają specyfikacje poprzez analizę wydrukowanej części i porównanie jej z oryginalnym projektem.

– Przykłady: Materialise Control Platform, 3D Systems 3DXpert Inspection.

7. Oprogramowanie do konwersji formatów plików:

– Cel: konwertuje modele 3D z jednego formatu pliku na inny w celu zapewnienia kompatybilności z określonymi drukarkami 3D lub oprogramowaniem.

– Przykłady: MeshLab, Autodesk Meshmixer.

8. Oprogramowanie do zagnieżdżania i optymalizacji układu części:

– Cel: narzędzia te optymalizują rozmieszczenie wielu części w objętości wydruku, aby zmaksymalizować wydajność, skrócić czas drukowania i zminimalizować straty materiału.

– Przykłady: Materialise Build Processor, 3D Systems 3Dxpert Build.

9. Oprogramowanie do skanowania 3D i inżynierii odwrotnej:

– Cel: oprogramowanie do skanowania 3D przechwytuje fizyczne obiekty i konwertuje je na cyfrowe modele 3D. Oprogramowanie do inżynierii odwrotnej pomaga tworzyć modele CAD na podstawie zeskanowanych danych.

– Przykłady: Geomagic Design X, Artec Studio, FARO SCENE.

10. Oprogramowanie do obróbki końcowej:

– Cel: w przypadku drukarni z etapami przetwarzania końcowego, takimi jak utwardzanie termiczne lub obróbka, oprogramowanie pomaga zautomatyzować te procesy i zapewnia jakość części.

– Przykłady: oprogramowanie PostProcess Technologies.

11. Oprogramowanie do zdalnego monitorowania i kontroli:

– Cel: umożliwia użytkownikom zdalne monitorowanie i kontrolowanie drukarek 3D, co jest szczególnie cenne w środowiskach produkcyjnych z wieloma maszynami.

– Przykłady: OctoPrint, MatterControl Cloud Sync.

12. Oprogramowanie do zarządzania danymi i kontroli wersji:

– Cel: zarządza plikami projektowymi, poprawkami i współpracą nad projektami druku 3D.

– Przykłady: Autodesk Vault, PDMWorks, GrabCAD Workbench.

Wybór oprogramowania zależy od konkretnych potrzeb przepływu pracy przemysłowego druku 3D, rodzaju używanej drukarni 3D, materiałów oraz poziomu automatyzacji i kontroli wymaganego w procesie produkcyjnym.

Fot. AM3D

Podsumowanie

Przemysłowy druk 3D nadal redefiniuje produkcję w różnych branżach. Jego zalety, takie jak elastyczność, personalizacja i opłacalność, sprawiły, że stał się nieocenionym narzędziem do różnych zastosowań. Należy jednak uważać na wyzwania, takie jak ograniczenia materiałowe, koszty sprzętu i kontrola jakości. Wraz z postępem technologicznym i coraz większą dostępnością, potencjał innowacji i wzrostu wydajności dzięki przemysłowemu drukowi 3D jest nieograniczony, co czyni go obszarem ciągłego zainteresowania i rozwoju w dziedzinie konserwacji przemysłowej.