Page 44 - Inżynieria & Utrzymanie Ruchu III kwartał 20123

Raport: druk 3d dla przemysłu
PROSOLUTIONS
Science- ction 3D w przemyśle, czyli korzyści i zastosowa- nia wytwarzania przyrostowego.
W serialu „Star-Trek”w odcinku wyemitowanym w 1987 roku zaprezentowany został tzw. Replikator wytwarzający dowol- ny obiekt na życzenie. Każdy, kto wtedy wysunąłby tezę, że podobne urządzenia rodem z XXIV wieku będą używane w przemyśle już za kilkanaście lat na Ziemi, zostałby uznany, za niespełna rozumu. Tymczasem obecnie druk 3D niesamowicie ułatwia pracę inżynierom, projektantom, zwiększa efektywność wielu gałęzi przemysłu i znakomicie uzupeł-
nia wiele tradycyjnych metod produkcji.
Na wstępie należy zaznaczyć, że po- wszechnie stosowana nazwa „druk 3D” jest nieco niefortunna, gdyż kojarzy się z wyna- lazkiem Johannesa Gutenberga, a zatem metodą druku dwuwymiarowego. Trafną i profesjonalną nazwą druku przestrzennego jest wytwarzanie przyrostowe lub addytywne. Wytwarzanie addytywne jest przeciwień- stwem substraktywnego, którego najlepszym
przykładem jest obróbka skrawaniem CNC. Zamiast obrabiać lub „odejmować” ma- teriał, aby uformować obiekt – podobnie jak rzeźbiarz wycina drewno lub usuwa gli- nę — druk 3D dodaje warstwę po warstwie materiału, aby zbudować obiekt, ale tylko tam, gdzie jest to potrzebne. Projektanci i inżynierowie produktów przesyłają plik cy-
frowy (CAD) do drukarki 3D, która następnie wytwarza detal. Najczęściej stosowanymi materiałami są tworzywa termopla- styczne, ale technologia obejmuje także fotopolimery, żywice epoksydowe, metale i inne. Najnowocześniejsze biotusze, w których wykorzystuje się mieszaninę ludzkich komórek i żelaty- ny, są również wykorzystane do drukowania złożonych modeli tkanek w 3D. Nawet materiały jadalne, takie jak czekolada są używane w drukarkach 3D.
To co odróżnia hobbystyczne drukarki od przemysłowych to dużo większa dokładność, a także być może przede wszystkim przewidywalność i powtarzalność wydruków.
Biorąc po uwagę zastosowania przemysłowe i laboratoryjne najbardziej popularne są technologie FDM, PolyJet oraz PBF. Po krótce opiszę każdą z nich.
FDM ( ang. Fused Deposition Modelling ) opatentowana przez rmę Stratasys-pioniera w druku 3D, polega na osadza- niu kolejnych warstw modelu poprzez ekstruzję termoplastów przez rozgrzaną dyszę. Wykorzystywana jest do druku pro- totypów i gotowych narzędzi. Stosowane materiały wysoko- wytrzymałe (w tym niepalne, odporne na czynniki toksyczne, rozpraszające ładunki elektromagnetyczne) czy inżynieryjne powodują zastosowanie praktycznie w każdej gałęzi przemy- słu. Najciekawsze zastosowania obserwujemy w branży moto- ryzacyjnej, lotniczej, kosmicznej, medycznej i militarnej.
Polyjet z kolei nieco przypomina klasyczny druk tuszem, tyle że zamiast nakładania kropli na papier, drukarka nakłada krople
fotopolimeru na stół roboczy i utwardza go światłem UV. Ta niezwykle precyzyjna meto- da drukowania części, narzędzi i prototypów pozwala na dokładne odwzorowanie nawet najtrudniejszych modeli dzięki drukowaniu z warstw już od wysokości 16 mikronów.
PBF ( ang. Powder Bed Fusion ) polega na selektywnym, warstwowym spiekaniu metalowego proszku przez laser. Wdroże- nie druku 3D z metalu skraca czas produk- cji, przyspiesza pracę inżynierów, zmniejsza straty materiałowe oraz umożliwia budowa- nie wytrzymałych konstrukcji metalowych z mniejszą ilością połączeń spawanych. Druk 3D z metalu pozwala również na tworzenie skomplikowanych i unikatowych konstrukcji,
których wcześniejsza produkcja była zbyt czasochłonna lub wręcz niemożliwa.
Korzyści biznesowe płynące z zastosowania wytwarza- nia addytywnego to między innymi swoboda projektowania, skrócenie czasu cyklu produkcyjnego, redukcja kosztów, łatwa personalizacja i zróżnicowanie produktów oraz ekonomicznie opłacalna produkcja w małych i średnich seriach.
Zalety oprzyrządowania produkcyjnego drukowanego w 3D obejmują produkcję na żądanie, dostosowywanie i digitalizację projektów i nieskrępowaną elastyczność projektowania. Eliminu- je to kosztownych dostawców, skraca czas realizacji zamówień, umożliwia cyfrowe magazynowanie i zwiększa efektywność hali produkcyjnej. Jeśli chodzi o utrzymanie ruchu to druk 3D jest znakomitym rozwiązaniem do szybkiego dostępu do części za- miennych i ramion robotów niezbędnych dla funkcjonowania linii produkcyjnych. Ramiona robotów wykonane w technologii FDM przy użyciu wytrzymałych materiałów są lżejsze od swoich meta- lowych odpowiedników i dorównują im wytrzymałością. Mogą mieć ukryte w swej strukturze kanały oraz minimalizują uszko- dzenia innych elementów linii w przypadku kolizji.
W porównaniu do tradycyjnych metod produkcji, takich jak obróbka CNC czy formowanie wtryskowe, druk 3D jest znacz- nie szybszy w przypadku niskich wolumenów, a także znacznie tańszy.
Wprowadzanie nowych produktów na rynek jest znacznie przyśpieszone. W czasie potrzebnym do wykonania klasycz-
42 III kwartał 2023 INŻYNIERIA & UTRZYMANIE RUCHU – www.utrzymanieruchu.pl