Technologiczna dojrzałość druku 3D. Targi Formnext wyznaczają trendy
Wizyta na tegorocznych targach Formnext, największej przemysłowej imprezie dotyczącej druku 3D, mogła przyprawić o zawrót głowy. Mimo panującej pandemii trzy hale wystawowe wypełnione były po brzegi nowinkami technologicznymi, o których eksperci chętnie rozmawiali z odwiedzającymi. Liczba osób zainteresowanych tematem, w tym również przedsiębiorców, udowadnia, że druk 3D nie powinien być dłużej traktowany jako technologia hobbystyczna, a raczej jako narzędzie dające nowe możliwości przemysłowi.
Dojrzałość technologiczna druku 3D to temat skomplikowany. Z jednej strony najbardziej popularna technologia FFF lub FDM, polegająca na przetopie materiałów termoplastycznych i układaniu z nich ścieżek w kolejnych warstwach, jest wciąż w dużej mierze wykorzystywana przez amatorów. Doprowadziło to do powstania dość licznego środowiska osób zajmujących się projektowaniem i udostępnianiem modeli do druku 3D, które praktycznie każdy posiadacz drukarki może wytworzyć w domu. Z drugiej strony należy pamiętać, że technologia FDM opracowana została przez firmę Stratasys do zastosowań przemysłowych. Poza tym obecny druk 3D to znacznie więcej niż FFF i FDM.
Możliwości i zastosowania druku 3D
Zróżnicowane podejście do wytwarzania addytywnego oraz stosowanych materiałów doprowadziła do wykorzystywania go w niemal każdym obszarze. Przy opracowywaniu nowości technologicznych inżynierowie chętnie korzystają z benefitów szybkiego prototypowania z zastosowaniem drukowanych prototypów, natychmiastowo weryfikując swoje koncepcje w praktyce i świadomie podejmując kolejne kroki w pracy.
Jednym z największych przełomów w samej produkcji przyrostowej jest umożliwienie uzyskania kształtów nieosiągalnych metodami ubytkowymi obróbki. Otrzymywane elementy mogą dzięki temu być projektowane tak, aby spełniały dodatkowe funkcje w nietypowych sytuacjach, np. łamały się przy przeciążeniach w miejscach zapewniających bezpieczne zatrzymanie procesu, jak również charakteryzowały się innymi szczególnymi właściwościami mechanicznymi. Takie możliwości sprawiają, że druk 3D stanowi ważną gałąź inżynierii produkcji i znajduje wielobranżowe zastosowanie w bardzo wielu firmach. Jednocześnie jest to wciąż obszar, w którym nowe technologie, materiały i innowacje sprzętowe pojawiają się jak grzyby po deszczu. Czy można więc mówić w takim przypadku o technologii dojrzałej i o tym, jakiego kierunku dalszego rozwoju można się spodziewać?
Drukarka do szkła firmy Sygnis
Coraz nowsze technologie
Kiedyś druk 3D kojarzony był przede wszystkim z przetłaczaniem plastików. Dzisiaj w dużej mierze to procesy proszkowe, a także znacznie bardziej innowacyjne działania. Coraz bardziej popularne staje się wytwarzanie z metali, w tym w technologii WAAM polegającej na spawaniu kolejnych warstw ścieżek, a także przez łączenie materiału laserem. Wciąż wymagają one jednak znacznie większych nakładów finansowych i specjalistycznej wiedzy do obsługi.
Dziś praktycznie każda branża rozwija technologie opracowywane do swoich potrzeb. Wśród prawdziwych nowości na targach Formnext błyszczała drukarka do szkła opracowana przez polską firmę Sygnis. To urządzenie, które w najbliższych latach może zrewolucjonizować rynek elementów optoelektronicznych w zakresie prototypowania i indywidualizacji. Bardzo głośnym tematem, choć praktycznie nieobecnym na targach branżowych, pozostają drukarki do biomateriałów. Wydaje się, że ich potencjał nie jest jeszcze do końca odkryty. Architekci i budowlańcy pracują nad wielkoformatowymi drukarkami do betonu, pozwalającymi na szybkie otrzymywanie unikatowych, okazałych form przestrzennych.
Dużo wielkogabarytowego druku w metalu
Poza drukarkami 3D wytwarzaniem addytywnym zajmują się coraz częściej roboty przemysłowe. Wynika to z faktu, iż głowice do takich technologii, jak WAAM czy DED, a także systemy dozowania materiału są znacznie większe i cięższe niż w przypadku FDM. Co więcej, zamontowanie ich na manipulatorach przemysłowych pozwala na produkcję elementów o znacznie pokaźniejszych gabarytach, także tam, gdzie potrzebne jest precyzyjne wytworzenie obiektu o skomplikowanych geometriach. Jednocześnie umożliwia to łatwe skalowanie i transfer technologii bez konieczności znaczącego modyfikowania stanowisk.
Na zagranicznych targach branżowych wielkogabarytowy druk w metalu jest tematem szczególnie eksponowanym i cieszącym się dużym zainteresowaniem przedstawicieli przemysłu. Wśród prezentowanych nowinek technicznych popularne są nowoczesne głowice, materiały do zastosowań specjalnych i systemy planowania oraz nadzoru wytwarzania. Obecnie rozwojem zrobotyzowanej technologii WAAM zajmują się specjaliści Łukasiewicz – Przemysłowego Instytutu Automatyki i Pomiarów PIAP.
Stanowisko do wytwarzania metodą WAAM prezentowane przez firmę mx3D
Niższe ceny i większe możliwości drukarek proszkowych
Na rynku pojawia się coraz więcej drukarek umożliwiających wytwarzanie z proszków zarówno plastikowych, jak i metalowych. Urządzenia stają się coraz bardziej zminiaturyzowane, tańsze i często wyposażone w system odzyskiwania materiału. Jest to spory krok w kierunku racjonalnego zarządzania odpadami, koniecznego do skutecznej ochrony środowiska.
Drukarki pojawiające się na rynku projektowane są przede wszystkim tak, aby zapewniały jak największy obszar roboczy przy stałych gabarytach zewnętrznych, a jednocześnie umożliwiały jak najmniej uciążliwą obsługę, generującą niewielkie koszty. Jednocześnie w wielu przypadkach uzyskiwane dokładności stają się jeszcze bardziej wyśrubowane, pozwalając na wytwarzanie takich elementów, jak koła zębate czy nawet elementy prowadnic ze specjalnych materiałów ślizgowych. Technologie proszkowe są wciąż znacznie droższe niż FDM, ale biorąc pod uwagę ich możliwości to właśnie one są przyszłością druku 3D.
Specjalizacje drukarek FDM/FFF
Drukarki pracujące w technologii FDM/FFF to w dużej mierze sprzęt dla hobbystów. Z drugiej strony ich przemysłowe odpowiedniki projektowane są coraz powszechniej jako urządzenia bardzo specjalistyczne. Coraz częściej można spotkać na rynku drukarki przeznaczone wyłącznie do tworzywa termoplastycznego ABS lub tylko autorskich filamentów. Dzięki udoskonalonym profilom materiałowym możliwe jest wytwarzanie części z niezwykłą precyzją i o specjalnych właściwościach. Ciekawym rozwiązaniem jest urządzenie do wytwarzania z tworzywa termoplastycznego z układanym w ścieżkach dodatkowym włóknem węglowym, znacząco wzmacniającym strukturę. Inną technologią na bazie FDM/FFF jest produkcja części metalowych przez wypłukiwanie filamentów z proszkami metalowymi, które następnie mogą zostać spieczone. Na targach branżowych można też znaleźć coraz więcej rozwiązań do elementów wielkogabarytowych z niepodgrzewanymi komorami.
Różnice w potrzebach użytkowników sprawiają, że trendem staje się również kupowanie drukarek projektowanych na zamówienie. Dzięki temu klient otrzymuje drukarkę, na której może produkować wszystkie typowe dla jego branży elementy, a jednocześnie nie przepłaca za zbędne możliwości. Usługi takie realizuje m.in. Sieć Badawcza Łukasiewicz – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP.
Drukarka Fusion Factory firmy Xerion do wytwarzania elementów metalowych na bazie filamentów FDM/FFF
Quo Vadis druku 3D?
Mnogość technologii, niższe ceny i specjalizacja poszczególnych produktów – takie trendy z pewnością łatwo zauważyć na zagranicznych targach branżowych i w rozmowach o planach dalszego rozwoju z producentami sprzętu do wytwarzania addytywnego. Gdzie jednak leżą granice innowacji? Czy małe maszyny o ograniczonym obszarze pracy będą sukcesywnie zastępowane robotami? Czy to możliwe, że produkcja przyrostowa znajdzie zastosowanie w każdym obszarze przemysłu? Czy technologie FDM są naprawdę skazane na wymarcie, czy jednak specjalizacje drukarek dadzą im drugą młodość kosztem wyparcia technologii proszkowych? Na te i inne nurtujące pytania odpowiedź poznamy dopiero w najbliższych latach, ale obserwując rynek druku 3D jednego możemy być pewni – dzięki zainteresowaniu coraz większej liczby osób, jego rozwój nie zamierza spowalniać.
Sieć Badawcza Łukasiewicz – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP
Al. Jerozolimskie 202
02- 486 Warszawa
tel. +48 603 713 997
e-mail: piotr.falkowski@lukasiewicz.gov.pl
https://piap.lukasiewicz.gov.pl
source: Automatyka 5/2022