Jeszcze kilkanaście lat temu drukarki 3D kojarzyły się przede wszystkim z drogimi urządzeniami wykorzystywanymi w laboratoriach i dużych przedsiębiorstwach. Dzisiaj sytuacja wygląda zupełnie inaczej. Technologia stała się znacznie bardziej dostępna, a możliwość szybkiego wykonania pojedynczego elementu lub krótkiej serii części przydaje się zarówno firmom, jak i osobom prywatnym.
Największą zaletą druku przestrzennego jest swoboda. Nie trzeba zamawiać setek identycznych elementów ani inwestować w kosztowne formy produkcyjne. Czasami wystarczy projekt komputerowy i kilka godzin pracy urządzenia, aby otrzymać gotowy przedmiot.
Od projektu komputerowego do rzeczywistego przedmiotu
Proces druku 3D zaczyna się od modelu cyfrowego. Może zostać przygotowany od podstaw w programie CAD, zmodyfikowany na podstawie istniejącego projektu albo odtworzony na podstawie wymiarów rzeczywistego elementu.
Gotowy model trafia następnie do programu, który dzieli go na cienkie warstwy i przygotowuje instrukcje dla drukarki. Maszyna nakłada materiał warstwa po warstwie aż do uzyskania całego przedmiotu.
Brzmi prosto, ale jakość gotowej części zależy od wielu szczegółów. Znaczenie mają między innymi ustawienia temperatury, grubość warstwy, orientacja modelu podczas drukowania, rodzaj materiału oraz sposób rozmieszczenia podpór.
Dlatego dwa wydruki wykonane z tego samego projektu mogą wyraźnie różnić się wytrzymałością i wyglądem.
Gdzie druk 3D sprawdza się najlepiej?
Jednym z najpopularniejszych zastosowań tej technologii jest prototypowanie. Konstruktor może zaprojektować obudowę urządzenia, uchwyt, mocowanie lub inną część, a następnie szybko sprawdzić, czy jej wymiary i kształt są odpowiednie.
Jeżeli coś nie pasuje, wystarczy poprawić model i wykonać kolejną wersję. Nie trzeba za każdym razem uruchamiać tradycyjnego procesu produkcji.
Drukarki przestrzenne dobrze sprawdzają się również przy wykonywaniu:
- części zamiennych,
- uchwytów i mocowań,
- obudów urządzeń elektronicznych,
- elementów maszyn,
- makiet architektonicznych,
- modeli demonstracyjnych,
- akcesoriów reklamowych,
- elementów wyposażenia wnętrz,
- krótkich serii produkcyjnych.
Szczególnie ciekawe możliwości pojawiają się wtedy, gdy potrzebny element nie jest już dostępny w sprzedaży. Dotyczy to chociażby plastikowych pokręteł, zaślepek, klipsów czy uchwytów stosowanych w starszych urządzeniach.
W takich przypadkach wykonanie nowej części może być znacznie rozsądniejsze niż wymiana całego sprzętu.
Nie każdy element musi powstawać w tysiącach sztuk
Tradycyjna produkcja przemysłowa jest najbardziej opłacalna przy dużych seriach. Przy kilku lub kilkunastu sztukach koszt przygotowania narzędzi, form czy całej linii technologicznej potrafi być nieproporcjonalnie wysoki.
Właśnie tutaj pojawia się przewaga technologii przyrostowych.
Jeżeli firma potrzebuje dziesięciu nietypowych uchwytów do maszyny albo projektant chce wykonać trzy wersje obudowy nowego urządzenia, można zdecydować się na druk 3D na zamówienie bez konieczności kupowania własnej drukarki i uczenia się całego procesu produkcyjnego.
Dzięki temu technologia sprawdza się nie tylko podczas tworzenia prototypów, ale również w produkcji jednostkowej oraz krótkoseryjnej.
Materiał trzeba dopasować do zastosowania
Jednym z częstszych błędów jest wybieranie materiału wyłącznie na podstawie ceny. Tymczasem tworzywa stosowane w druku 3D mają bardzo różne właściwości.
Popularny PLA jest stosunkowo łatwy w obróbce i pozwala uzyskać estetyczne wydruki, dlatego dobrze sprawdza się przy modelach, dekoracjach oraz prototypach wizualnych.
PET-G jest bardziej odporny mechanicznie i lepiej radzi sobie w zastosowaniach użytkowych. Z kolei ABS oraz ASA mogą być wykorzystywane tam, gdzie potrzebna jest większa odporność na temperaturę czy warunki zewnętrzne.
Do bardziej wymagających projektów stosuje się także nylon oraz materiały wzmacniane włóknem węglowym lub szklanym.
Nie zawsze najbardziej wytrzymały materiał będzie jednak najlepszym wyborem. Jeżeli element ma pełnić wyłącznie funkcję demonstracyjną, stosowanie drogiego tworzywa technicznego może nie mieć większego sensu.
Dokładność wydruku ma swoje granice
Druk 3D pozwala wykonywać bardzo skomplikowane kształty, ale nie oznacza to, że każda drukarka zapewnia dokładność porównywalną z precyzyjną obróbką CNC.
W przypadku części współpracujących z innymi elementami trzeba uwzględnić odpowiednie tolerancje. Otwór zaprojektowany dokładnie na średnicę śruby nie zawsze będzie pasował bez dodatkowej obróbki.
Doświadczony projektant przewiduje takie różnice już na etapie przygotowywania modelu.
Znaczenie ma również kierunek drukowania. Element może być bardzo odporny na obciążenie działające w jednym kierunku, a znacznie słabszy w innym. Wynika to z warstwowej budowy wydruku.
Prototypowanie pozwala wykrywać błędy wcześniej
Jednym z najbardziej praktycznych zastosowań druku przestrzennego jest możliwość fizycznego sprawdzenia projektu przed rozpoczęciem właściwej produkcji.
Model oglądany na ekranie komputera może wyglądać idealnie, ale dopiero po wykonaniu prototypu okazuje się, czy przycisk znajduje się w wygodnym miejscu, uchwyt dobrze leży w dłoni albo obudowa rzeczywiście mieści wszystkie podzespoły.
Wprowadzenie poprawki na tym etapie jest zwykle łatwe.
Problem odkryty dopiero po wykonaniu kilkuset lub kilku tysięcy elementów potrafi natomiast oznaczać bardzo poważne koszty.
Dlatego nawet przedsiębiorstwa korzystające później z tradycyjnych metod produkcji często wykorzystują drukarki 3D podczas prac projektowych.
Technologia przydatna nie tylko dla dużych firm
Druk przestrzenny jest często przedstawiany jako rozwiązanie dla przemysłu, tymczasem korzystają z niego również niewielkie przedsiębiorstwa, warsztaty, projektanci i hobbyści.
Mechanik może potrzebować nietypowego uchwytu do narzędzia. Elektronik – obudowy prototypowego urządzenia. Architekt – modelu budynku. Właściciel starszego sprzętu – niewielkiej części, której producent przestał dostarczać wiele lat temu.
W każdym z tych przypadków wykonywanie kosztownej formy produkcyjnej byłoby pozbawione sensu.
Drukarka może natomiast wykonać pojedynczy egzemplarz dokładnie wtedy, kiedy jest potrzebny.
Czy druk 3D zawsze jest najlepszym rozwiązaniem?
Nie. I właśnie to warto podkreślić.
Przy bardzo dużych seriach tradycyjne metody produkcji najczęściej okazują się szybsze i tańsze w przeliczeniu na jedną sztukę. Formowanie wtryskowe pozwala wytwarzać ogromne liczby identycznych elementów w bardzo krótkim czasie.
Druk 3D ma natomiast przewagę tam, gdzie liczy się możliwość szybkiego wprowadzania zmian, wykonania niewielkiej liczby sztuk lub stworzenia bardzo nietypowego kształtu.
Nie należy więc traktować tych technologii jako konkurencyjnych. W wielu przedsiębiorstwach doskonale się uzupełniają.
Największą zaletą jest elastyczność
Rozwój druku przestrzennego zmienił przede wszystkim sposób myślenia o produkcji pojedynczych elementów. Dawniej wykonanie nietypowej części często oznaczało długi czas oczekiwania i wysoki koszt przygotowania produkcji. Obecnie w wielu przypadkach wystarczy odpowiednio przygotowany model komputerowy.
Pozwala to szybciej testować pomysły, naprawiać urządzenia, wykonywać nietypowe części i rozwijać nowe produkty bez dużych inwestycji na początku projektu.
I właśnie ta elastyczność sprawia, że druk 3D przestał być technologiczną ciekawostką. Dzisiaj jest po prostu kolejnym narzędziem, które w odpowiednio dobranym zastosowaniu może oszczędzić zarówno czas, jak i pieniądze.
