Od dawna pr\u00f3bowano znale\u017a\u0107 spos\u00f3b na wyeliminowanie b\u0142\u0119d\u00f3w z prototyp\u00f3w na jak najwcze\u015bniejszym etapie, a tak\u017ce maksymalnie przyspieszy\u0107 czas wprowadzenia nowego produktu na rynek. Odpowiedzi\u0105 na te potrzeby by\u0142o pojawienie si\u0119 system\u00f3w szybkiego prototypowania, kt\u00f3re ustanowi\u0142y pomost pomi\u0119dzy projektowaniem wirtualnym a faz\u0105 projektowo ? produkcyjn\u0105.<\/p>\n

\u00a0<\/p>\n

Autor: Katarzyna Chojnowska<\/em><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

\nFili\u017canka z \u017cywicy<\/strong><\/p>\n

\nPierwsze systemy drukowania 3D powsta\u0142y ponad dwadzie\u015bcia lat temu w Stanach Zjednoczonych. Wykorzystywa\u0142y one do tworzenia ciek\u0142\u0105 \u017cywic\u0119, kt\u00f3r\u0105 utwardzano punktowo laserem o mocy 100W. Urz\u0105dzenia te nazwano stereolitografami, a sam\u0105 technologi\u0119 ? stereolitografi\u0105 (SLA lub SL). Prototyp wirtualny ? zapisany w formacie STL ? zostaje ?poci\u0119ty? przez oprogramowanie na warstwy i wysy\u0142any pojedynczymi warstwami do systemu wydruku 3D. Ka\u017cda warstwa jest utwardzana przez laser, podstawa zostaje opuszczona o grubo\u015b\u0107 utwardzonej warstwy, kolejna warstwa zostaje utwardzona i tak a\u017c do zako\u0144czenia ca\u0142ego modelu. Poniewa\u017c tworzenie modelu nast\u0119puje poprzez przyrastanie kolejnych warstw, technologie szybkiego prototypowania okre\u015blane s\u0105 mianem technik przyrostowych.<\/p>\n

\n<\/p>\n

Eden500V oferowany <\/p>\n

przez Bibus Menos<\/em><\/p>\n

\nPierwszym modelem stworzonym w ten spos\u00f3b by\u0142a fili\u017canka, wydrukowana w 1986 roku przez wynalazc\u0119 stereolitografii ? ameryka\u0144skiego naukowca Charlesa Hulla.<\/p>\n

\nPrzez d\u0142ugi czas stereolitografia by\u0142a najpopularniejsz\u0105 technologi\u0105 tworzenia modeli fizycznych bezpo\u015brednio z plik\u00f3w CAD. Modele tworzone przy jej u\u017cyciu by\u0142y g\u0142\u00f3wnie modelami wizualizacyjnymi, nie posiadaj\u0105cymi wymaganych przez konstruktor\u00f3w w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechanicznych. Z tego wzgl\u0119du zacz\u0119to rozwija\u0107 technologie szybkiego prototypowania, d\u0105\u017c\u0105c do uzyskania prototyp\u00f3w jak najbardziej zbli\u017conych nie tylko wygl\u0105dem i wymiarami do produktu docelowego, ale przede wszystkim w\u0142a\u015bciwo\u015bciami materia\u0142owymi. W ci\u0105gu dekady pojawi\u0142o si\u0119 oko\u0142o dwudziestu nowych technologii wykorzystuj\u0105cych m.in. papier, r\u00f3\u017cnego rodzaju proszki, materia\u0142y ABS-podobne i wosk. Zacz\u0119to r\u00f3wnie\u017c przywi\u0105zywa\u0107 coraz wi\u0119ksz\u0105 wag\u0119 do dok\u0142adno\u015bci oraz jako\u015bci modeli, a tak\u017ce do \u0142atwo\u015bci obs\u0142ugi.<\/p>\n

\nW ci\u0105gu dwudziestu lat korzystania z system\u00f3w wydruku 3D wy\u0142oni\u0142o si\u0119 sze\u015b\u0107 technologii, kt\u00f3re obecnie s\u0105 najcz\u0119\u015bciej wykorzystywane przez firmy projektowe i produkcyjne do tworzenia prototyp\u00f3w. R\u00f3\u017cni\u0105 si\u0119 one przede wszystkim wykorzystywanymi materia\u0142ami, a tak\u017ce dok\u0142adno\u015bci\u0105 i sposobem \u0142\u0105czenia poszczeg\u00f3lnych warstw.<\/p>\n

\nWyb\u00f3r optymalnej technologii<\/strong><\/p>\n

\nNadal siln\u0105 pozycj\u0119 ma stereolitografia, g\u0142\u00f3wnie dzi\u0119ki bardzo szerokiej i unowocze\u015bnionej gamie materia\u0142\u00f3w (ponad dwadzie\u015bcia r\u00f3\u017cnych \u017cywic). Dzi\u0119ki tolerancji w zakresie 0,1mm oraz grubo\u015bci warstwy 20 ? za jej pomoc\u0105 mo\u017cna stworzy\u0107 dok\u0142adne modele o w miar\u0119 g\u0142adkiej powierzchni i w szerokim spektrum zastosowa\u0144. Problemem nadal pozostaje tutaj kwestia rodzaju stosowanych podp\u00f3r wype\u0142niaj\u0105cych puste przestrzenie ? jest to stela\u017c tworzony tak\u017ce z \u017cywicy w trakcie budowy modelu. Podpory te od\u0142amuje si\u0119 p\u00f3\u017aniej r\u0119cznie, co mo\u017ce wp\u0142ywa\u0107 na jako\u015b\u0107 powierzchni modelu oraz jej ewentualne uszkodzenia. Mimo to, technologia ta nadal jest bardzo rozpowszechniona i uchodzi za jedn\u0105 z dok\u0142adniejszych na rynku szybkiego prototypowania. <\/p>\n

\nBardzo powszechn\u0105 technologi\u0105 jest tak\u017ce FDM (Fused Deposition Modelling ? osadzanie topionego materia\u0142u), opracowana i rozpowszechniona przez firm\u0119 Stratasys w 1991 roku. Materia\u0142em wykorzystywanym przy budowie modeli jest materia\u0142 termoplastyczny, podawany w formie p\u00f3\u0142p\u0142ynnej nitki i nanoszony na platform\u0119 podmodelow\u0105 jednocze\u015bnie z materia\u0142em podporowym. Powstaj\u0105ce w taki spos\u00f3b prototypy charakteryzuj\u0105 si\u0119 w miar\u0119 dobrymi w\u0142a\u015bciwo\u015bciami mechanicznymi (materia\u0142y imituj\u0105ce plastik) i mog\u0105 by\u0107 wykorzystywane w wielu aplikacjach. Wad\u0105 tej technologii jest niezbyt dobra jako\u015b\u0107 powierzchni oraz d\u0142ugi czas powstawania prototypu (wolna technologia).<\/p>\n

Model wykonany <\/p>\n

w technologii Matrix<\/em><\/p>\n

\nZdarza si\u0119, \u017ce w niekt\u00f3rych bran\u017cach projektanci potrzebuj\u0105 modelu kolorowego, kt\u00f3ry nie musi charakteryzowa\u0107 si\u0119 bardzo dobr\u0105 wytrzyma\u0142o\u015bci\u0105 oraz jako\u015bci\u0105 powierzchni. Naprzeciw takim wymaganiom wysz\u0142a ameryka\u0144ska firma Z-Corporation, kt\u00f3ra opatentowa\u0142a i rozpowszechni\u0142a technologi\u0119 3D Printing (3DP). 3DP wykorzystuje proszki na bazie gipsu i skrobi, kt\u00f3re zlepiane s\u0105 specjalnym lepiszczem. Jak w ka\u017cdej technologii szybkiego prototypowania, budowanie odbywa si\u0119 warstwowo ? naprzemiennie nak\u0142adana jest warstwa proszku i warstwa lepiszcza. Materia\u0142em wspieraj\u0105cym jest tutaj niezwi\u0105zany proszek, kt\u00f3ry mo\u017ce by\u0107 wykorzystany ponownie do wydruku kolejnych modeli. Jak wspomniano wcze\u015bniej, technologia 3DP jest technologi\u0105 umo\u017cliwiaj\u0105c\u0105 tworzenie modeli kolorowych. Wraz z lepiszczem podawany jest kolor, co umo\u017cliwia u\u017cywanie przy tworzeniu modeli kolor\u00f3w wed\u0142ug skali 24 bitowej. Eliminuje to konieczno\u015b\u0107 dodatkowego malowania modelu, co znacznie oszcz\u0119dza czas przygotowania prototypu.<\/p>\n

\nPodobn\u0105 technologi\u0119, chocia\u017c z innym sposobem \u0142\u0105czenia proszk\u00f3w wykorzystuj\u0105 technologie SLS i SLM ? selektywne spiekanie laserem oraz selektywne topienie laserem. W pierwszym przypadku laserem o mocy 30-100W spiekane s\u0105 proszki poliamidowe, w drugim ? proszki metaliczne. Dostawcy system\u00f3w do SLS i SLM ? firmy EOS GmbH oraz 3D Systems oferuj\u0105 swoje urz\u0105dzenia jako tworz\u0105ce nie tylko prototypy, ale tak\u017ce serie produkcyjne. Jest to mo\u017cliwe dzi\u0119ki zastosowaniu sproszkowanych materia\u0142\u00f3w o bogatych w\u0142a\u015bciwo\u015bciach mechanicznych, co pozwala stworzy\u0107 prototyp bardzo zbli\u017cony do produktu docelowego.<\/p>\n

\nW 1998 roku do grona producent\u00f3w system\u00f3w 3D do\u0142\u0105czy\u0142a izraelska firma Objet Geometries. W opatentowanej przez siebie technologii PolyJet, postawi\u0142a na dok\u0142adno\u015b\u0107, czysto\u015b\u0107 obs\u0142ugi oraz doskona\u0142e odwzorowanie detali. Modele budowane s\u0105 z ciek\u0142ej \u017cywicy natryskiwanej za pomoc\u0105 piezokryszta\u0142\u00f3w na platform\u0119 podmodelow\u0105, a utwardzane \u015bwiat\u0142em UV. Jako materia\u0142 wspieraj\u0105cy u\u017cyto \u017celu na bazie wody i \u017cywicy, kt\u00f3ry wyp\u0142ukiwany jest wod\u0105 pod ci\u015bnieniem. W ten spos\u00f3b Objet uzyska\u0142 mo\u017cliwo\u015b\u0107 budowy modeli z 16 mikronowych warstw z dok\u0142adno\u015bci\u0105 do 0,1mm o nieograniczonej geometrii. Podobnie jak w przypadku SLA, technologia ta ma jedno z najszerszych zastosowa\u0144 i mo\u017ce by\u0107 wykorzystywana w wielu ga\u0142\u0119ziach przemys\u0142u.<\/p>\n

\nCzy jest jeszcze miejsce na nowo\u015bci?<\/strong><\/p>\n

\nPomimo du\u017cego post\u0119pu, jaki zosta\u0142 osi\u0105gni\u0119ty pomi\u0119dzy wprowadzeniem na rynek pierwszego urz\u0105dzenia SLA, a czasami obecnymi, firmy nieustannie pracuj\u0105 nad rozwojem technologii przyrostowych aby mo\u017cliwe sta\u0142o si\u0119 tworzenie coraz bardziej skomplikowanych modeli, dla najbardziej wymagaj\u0105cych klient\u00f3w. Prototypy cz\u0119sto sk\u0142adaj\u0105 si\u0119 z kilku cz\u0119\u015bci, z kt\u00f3rych jedna jest sztywna, inna elastyczna, a inna powinna \u0142\u0105czy\u0107 te dwie cechy. Do tej pory stworzenie takiego prototypu by\u0142o mo\u017cliwe poprzez \u0142\u0105czenie cz\u0119\u015bci powsta\u0142ych w kilku procesach wydruk\u00f3w, co znacznie wyd\u0142u\u017ca\u0142o czas przygotowania prototypu, a tym samym ? wprowadzenia produktu na rynek. Rozwi\u0105zaniem okaza\u0142 si\u0119 system Connex500?, zaprezentowany przez firm\u0119 Objet Geometries w listopadzie 2007.<\/p>\n

\nFirma udoskonali\u0142a posiadan\u0105 technologi\u0119 PolyJet? poprzez dodanie mo\u017cliwo\u015bci nak\u0142adania dw\u00f3ch materia\u0142\u00f3w buduj\u0105cych i materia\u0142u wspieraj\u0105cego jednocze\u015bnie, tworz\u0105c technologi\u0119 PolyJet Matrix. Mo\u017cliwe sta\u0142o si\u0119 stworzenie np. sztywnej obudowy z mi\u0119kkimi przyciskami w jednym procesie wydruku, bez konieczno\u015bci klejenia czy te\u017c \u0142\u0105czenia cz\u0119\u015bci prototypu. Jednocze\u015bnie firma zachowa\u0142a wszystkie cechy istniej\u0105cej ju\u017c technologii, tj. wysok\u0105 dok\u0142adno\u015b\u0107 oraz mo\u017cliwo\u015b\u0107 pracy w \u015brodowisku biurowym. Innowacj\u0105 ? opr\u00f3cz nak\u0142adania dw\u00f3ch materia\u0142\u00f3w jednocze\u015bnie ? okaza\u0142a si\u0119 tak\u017ce mo\u017cliwo\u015b\u0107 tworzenia nowych materia\u0142\u00f3w, tzw. cyfrowych, poprzez \u0142\u0105czenie ich ?w locie? w r\u00f3\u017cnych proporcjach. Dzi\u0119ki temu materia\u0142y zyskuj\u0105 nowe w\u0142a\u015bciwo\u015bci mechaniczne, kt\u00f3re przybli\u017caj\u0105 prototyp do produktu finalnego.<\/p>\n

\nNale\u017cy przypuszcza\u0107, i\u017c pozostali producenci system\u00f3w 3D szybko odpowiedz\u0105 na nowo\u015b\u0107 firmy Objet i w ci\u0105gu kilku lat dziedzina szybkiego prototypowania wzbogaci si\u0119 o nowe technologie, materia\u0142y oraz urz\u0105dzenia. Zostanie to wymuszone nie tylko sam\u0105 walk\u0105 konkurencyjn\u0105 pomi\u0119dzy firmami, ale tak\u017ce coraz szerszym zastosowaniem prototyp\u00f3w, kt\u00f3re pojawiaj\u0105 si\u0119 ju\u017c w prawie ka\u017cdej dziedzinie przemys\u0142u i na r\u00f3\u017cnych etapach procesu projektowania.<\/p>\n

\nZastosowanie drukarek 3D<\/strong><\/p>\n

\nIde\u0105 szybkiego prototypowania by\u0142a na samym pocz\u0105tku wizualizacja projektu. Mia\u0142a ona pom\u00f3c w komunikacji pomi\u0119dzy projektantem, a zleceniodawc\u0105 czy te\u017c dzia\u0142em produkcyjnym. Szybko okaza\u0142o si\u0119, \u017ce sama wizualizacja to nie wszystko, poniewa\u017c istniej\u0105 jeszcze problemy zwi\u0105zane z przetestowaniem danego pomys\u0142u, sprawdzeniem potencjalnego rynku, czy te\u017c dopasowaniem do ju\u017c istniej\u0105cych cz\u0119\u015bci. Jako odpowied\u017a na te potrzeby narodzi\u0142a si\u0119 idea ?Fit, Form & Function?, czyli mo\u017cliwo\u015b\u0107 sprawdzenia kszta\u0142tu, dopasowania i funkcjonalno\u015bci nowego projektu. Zastosowanie to szybko wysz\u0142o poza ramy przemys\u0142u motoryzacyjnego czy maszynowego, przenios\u0142o si\u0119 m.in. na precyzyjne urz\u0105dzenia medyczne czy te\u017c sprz\u0119t AGD. Technologie szybkiego prototypowania cz\u0119sto wykorzystywane s\u0105 tak\u017ce podczas bada\u0144 ergonomii nowych urz\u0105dze\u0144 (np. myszki do komputera) czy te\u017c bada\u0144 rynkowych ? stworzenie kilkudziesi\u0119ciu czy kilkuset prototyp\u00f3w i przetestowanie ich w warunkach docelowych znacznie wp\u0142ywa na skr\u00f3cenie procesu projektowania oraz lepsze dostosowanie produktu do wymaga\u0144 rynkowych, a co za tym idzie ? przyspiesza czas wprowadzenia produktu na rynek i wyprzedzenia konkurencji. Nie nale\u017cy tak\u017ce zapomina\u0107 o znacznych redukcjach koszt\u00f3w dzi\u0119ki wyeliminowaniu b\u0142\u0119d\u00f3w konstrukcyjnych lub wizualizacyjnych ju\u017c na etapie projektu ? bez konieczno\u015bci rozpoczynania ? by\u0107 mo\u017ce wadliwej ? produkcji .<\/p>\n

\nCoraz lepsze w\u0142a\u015bciwo\u015bci materia\u0142\u00f3w oraz dok\u0142adno\u015b\u0107 i wysoka jako\u015b\u0107 prototyp\u00f3w znalaz\u0142y zastosowanie tak\u017ce w medycynie. Coraz cz\u0119\u015bciej mo\u017cliwe jest stworzenie fizycznego modelu organu czy te\u017c po\u0142\u0105cze\u0144 ko\u015bci (na podstawie skan\u00f3w CTI), na kt\u00f3rym mo\u017cna przeprowadzi\u0107 pr\u00f3bn\u0105 operacj\u0119, wyja\u015bni\u0107 pacjentowi czy rodzinie na czym b\u0119dzie polega\u0142 zabieg. Zosta\u0142o to wykorzystane m.in. podczas operacji rozdzielenia bli\u017aniaczek syjamskich w 2002 roku. Dzi\u0119ki wcze\u015bniejszej ?pr\u00f3bnej operacji? na modelu czas zabiegu zosta\u0142 skr\u00f3cony z 97 do 22 godzin, a dziewczynki prze\u017cy\u0142y operacj\u0119. R\u00f3wnie\u017c przygotowanie zabiegu wszczepienia implant\u00f3w, czy te\u017c wr\u0119cz produkcja wk\u0142adek dousznych przy pomocy drukarek 3D stawia pod znakiem zapytania czy s\u0105 to jeszcze technologie prototypowe, czy ju\u017c produkcyjne.<\/p>\n

\nSpojrzenie w przysz\u0142o\u015b\u0107<\/strong><\/p>\n

\nZastosowa\u0144 dla modeli tworzonych w r\u00f3\u017cnych technologiach jest wiele ? od modeli wzorc\u00f3w do tworzenia form silikonowych, poprzez jednorazowe i wielorazowe formy do odlew\u00f3w grawitacyjnych, mastery do termoformowania, modele pogl\u0105dowe a\u017c do zastosowa\u0144 w badaniach ergonomii oraz w tworzeniu kr\u00f3tkich serii. To tylko kilka z szerokiej gamy wykorzystania prototyp\u00f3w fizycznych w r\u00f3\u017cnych aspektach \u017cycia. Czy na d\u0142ugo systemy te pozostan\u0105 jedynie w sferze zastosowa\u0144 przemys\u0142owych? Odpowiedzi\u0105 na to pytanie niech b\u0119dzie stwierdzenie dr Henry?ego K. Kawamoto z Centrum Medycznego UCLA ?Niewa\u017cne jak dobry jest rysunek w 3D, nie ma to jak model trzymany w r\u0119kach?? Jeszcze kilka lat, a ka\u017cdy b\u0119dzie posiada\u0142 w piwnicy system, dzi\u0119ki kt\u00f3remu b\u0119dzie mo\u017cna dorobi\u0107 w w\u0142asnym zakresie zgubiony guzik od garnituru, wydrukowa\u0107 prezent wcze\u015bniej zaprojektowany dla swojej wybranki serca, czy \u015bci\u0105gn\u0105\u0107 ze strony ulubionego dostawcy ekspresu do kawy cz\u0119\u015b\u0107, kt\u00f3ra w\u0142a\u015bnie si\u0119 po\u0142ama\u0142a?<\/p>\n

\nKatarzyna Chojnowska<\/p>\n

Bibus Menos Sp. z o. o.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Od dawna pr\u00f3bowano znale\u017a\u0107 spos\u00f3b na wyeliminowanie b\u0142\u0119d\u00f3w z prototyp\u00f3w na jak najwcze\u015bniejszym etapie, a tak\u017ce maksymalnie przyspieszy\u0107 czas wprowadzenia nowego produktu na rynek. Odpowiedzi\u0105 na te potrzeby by\u0142o pojawienie si\u0119 system\u00f3w szybkiego prototypowania, kt\u00f3re ustanowi\u0142y pomost pomi\u0119dzy projektowaniem wirtualnym a faz\u0105 projektowo ? produkcyjn\u0105.<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_mi_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[37],"tags":[],"class_list":["post-2802","post","type-post","status-publish","format-standard","category-cad-cam-cae"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2802","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2802"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2802\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2802"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2802"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.designnews.pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2802"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}