Druk 3D ma zastosowanie w praktycznie każdej branży wytwórczej. Zastosowanie druku 3D w przemyśle jest jednym z fundamentów rozwoju tej metody produkcyjnej i to firmy z tego sektora korzystają z drukarek 3D najczęściej. Olbrzymią rolę odgrywa także druk 3D w motoryzacji, druk 3D w lotnictwie czy druk 3D w medycynie.
Warto także podkreślić jak dynamicznie rozwija się druk 3D w Polsce. W niniejszym artykule opisujemy kilka konkretnych przykładów zastosowania druku 3D w konkretnych aplikacjach realizowanych dla klientów.
Druk 3D wczoraj i dziś
Jeszcze dziesięć lat temu technologia druku 3D była dla większości osób na świecie czymś abstrakcyjnym i trudnym do zrozumienia. Pięć lat temu wciąż była postrzegana jako absolutna nowinka techniczna – mimo że za oficjalną datę jej powstania przyjmuje się rok 1984. Dziś możemy już śmiało powiedzieć, że druk 3D na stałe wszedł do kanonu metod produkcyjnych i mimo relatywnie mniejszego udziału w procesach produkcyjnych w porównaniu do innych metod wytwórczych, stanowi jedną z wielu ogólnodostępnych opcji.
Drukarki 3D w wielu sektorach przemysłu wchodzą na tzw. „równinę produktywności” (ang. „Plateau of Productivity”), stając się czymś równie oczywistym jak posiadanie frezarki CNC, czy wtryskarki.
Początki druku 3D na świecie
Historycznie druk 3D powstał jako przemysłowa metoda do szybkiego prototypowania (tzw. rapid prototyping) i przez kolejnych 20 lat był utożsamiany właśnie z tym zastosowaniem. Dopiero wraz z rozwojem drukarek 3D, zwiększeniem ich wydajności, powtarzalności oraz spektrum materiałów, które mogły być przez nie używane, drukarki 3D zaczęto postrzegać również jako maszyny do produkcji części końcowego zastosowania. Ta zmiana w postrzeganiu technologii przyrostowych nastąpiła dopiero w ostatnim dziesięcioleciu, natomiast w ostatnich kilku latach nastąpił gwałtowny wzrost udziału drukarek 3D w produkcji elementów użytkowych.
Kto korzysta z druku 3D? W zasadzie każdy, kto zajmuje się produkcją. Na drukarkach 3D można tworzyć:
1) wczesne prototypy,
2) funkcjonalne prototypy,
3) pojedyncze produkty
4) małe oraz średnie serie produktów
5) duże serie produkcyjne drobnych produktów
Można drukować produkty codziennego użytku lub specjalistyczne przedmioty i urządzenia, których nie warto lub nie opłaca się masowo produkować. Tworzyć narzędzia wykorzystywane na liniach produkcyjnych, a także części zamienne do uszkodzonych elementów urządzeń i maszyn. Z drukarek 3D korzystają projektanci, inżynierowie oraz specjaliści z działów utrzymania ruchu, narzędziowni, zaopatrzenia i logistyki. Drukarka 3D to po prostu kolejne narzędzie wykorzystywane w całym łańcuchu produkcyjnym, możliwe do zastosowania na każdym etapie.
Druk 3D - obszary zastosowania
Każdego dnia na całym świecie produkuje się niezliczoną ilość aplikacji na potrzeby motoryzacji, lotnictwa, kolei, energetyki, AGD, RTV, rozrywki, gier, medycyny, stomatologii czy biżuterii. Poniżej prezentujemy kilka przykładów wykorzystania druku 3D w praktyce – część z nich jest teoretyczna, część bazuje na konkretnych zamówieniach składanych przez klientów. Z uwagi na poufność tych realizacji, nie możemy jednak podać szczegółów identyfikujących naszych zleceniodawców.
Druk 3D w motoryzacji
Wyobraźmy sobie las z liniami wysokiego napięcia przechodzącymi przez jego środek. Jeden z masztów wymaga serwisowania. Grupa specjalistów musi dostać się na miejsce i przeprowadzić prace – w tym celu potrzebują samochodu z odpowiednim wyposażeniem. Samochód nie może być typowym autem salonowym – musi mieć całą masę unikalnych cech i funkcjonalności, by móc wjechać w środek lasu, pomieścić ekipę serwisową i jej narzędzia. Dodatkowo musi być wyposażony w odpowiednie funkcje i systemy wspomagające prace.
Takich samochodów nie kupuje się od dealera samochodowego – produkowane są w niewielkich ilościach na ściśle określone zamówienie klienta. W różnych częściach świata potrzebne będą różne samochody – inne w Norwegii, inne w Portugalii. Inne w terenie górzystym, inne na terenach podmokłych. Skąd wziąć konkretne części do tych aut, jeśli nie są produkowane masowo? Na przykład za pomocą drukarek 3D – to najszybszy i najtańszy sposób.
Inny przykład z branży motoryzacyjnej – firma chce odrestaurować naprawdę stary samochód, który już dawno został wycofany z produkcji i na całym świecie nie ma już do niego części zamiennych. Trzeba je zaprojektować i wyprodukować od zera w liczbie 1-2 sztuk. Tylko druk 3D pozwala na zrobienie tego w odpowiednio szybkim czasie i w najniższych cenach. Równocześnie nie będą one w niczym odbiegały od tych wykonanych przy pomocy tradycyjnych metod wytwórczych.
Druk 3D w architekturze i wystroju wnętrz
Dość nietypowym przykładem wykorzystania druku 3D może być branża meblarska. Firma produkująca meble dla biur otrzymuje zamówienie na kilkadziesiąt kompletów specjalnie zaprojektowanych dla nich stołów lub biurek. Aby wykonać to zamówienie, potrzebuje wyprodukować kilkaset zaślepek maskujących. Z uwagi na specyfikę mebli, zaślepki są pogrupowane pod względem kształtu i koloru – niektóre są małe i mierzą maksymalnie 12 centymetrów, inne duże, osiągając nawet 30 cm w osiach XY. Każda grupa to zaledwie kilkanaście sztuk części – więc całe zamówienie to produkcja kilkudziesięciu typów detali różniących się od siebie pod względem geometrycznym i kolorystycznym. Na dodatek problemem jest krótki termin realizacji – gotowe części muszą trafić do klienta za 10 dni kalendarzowych.
Produkcja form wtryskowych jest w takim przypadku kompletnie nieekonomiczna, a frezowanie CNC odpada z uwagi na kształt części – są bardzo skomplikowane jak na metodę ubytkową. W obydwu przypadkach termin realizacji nie jest możliwy do osiągnięcia – odpowiedzią może być tylko druk 3D. Technologia SLS z której korzysta Technology Applied, pozwala na produkcję kompletu części w ciągu niespełna trzech dni, a kolejne dwa to barwienie ich na zadane kolory. Klient otrzymuje zamówione części przed wymaganym czasem.
Druk 3D w odlewnictwie
Innym bardzo nietypowym przykładem wykorzystania druku 3D to produkcja kilkudziesięciu… plastikowych świec. Klientem jest firma produkująca świece – aby uruchomić produkcję nowej linii produktowej, potrzebuje stworzyć formy odlewnicze do wosku. Wydruki 3D z jednej strony posłużą jako fizyczna wizualizacja nowych projektów do oceny wizualnej, a z drugiej na ich bazie zostaną wykonane formy odlewnicze. Wydruk 3D kilkudziesięciu modeli świec różniących się rozmiarem i kształtem to w technologii SLS dwa dni robocze.
Jako że świece muszą mieć idealnie gładką powierzchnię, wydruki 3D zostają dokładnie oszlifowane aby przyszła forma odlewnicza odtworzyła idealnie gładkie powierzchnie z wosku. Czas potrzebny na wykonanie zlecenia zamyka się w pięciu dniach roboczych – żadna inna metoda wytwórcza nie pozwala na tak szybką realizację tego typu zamówienia.
Druk 3D w przemyśle
Ostatnim przykładem jest firma produkcyjna, która potrzebuje bardzo małych, ale specyficznych części zamiennych do linii montażowej. Warunkiem jest wysoka wytrzymałość i szybki czas realizacji – każdy dzień postoju to dla firmy duże straty. Rozwiązaniem okazuje się ponownie metoda SLS i bardzo wytrzymałe tworzywo – PA12 (poliamid / nylon). Z uwagi na to, że części są małe i klient ma jeszcze mniej czasu na ich produkcję, zostają one dołączone do trwającej już produkcji. Maszyny SLS firmy EOS, z których korzysta Technology Applied, pozwalają „dokładać” wydruki 3D do trwającego już procesu druku 3D, o ile jest na to miejsce w komorze roboczej – w tym konkretnym przypadku akurat okazuje się to możliwe. Części docierają do klienta w najszybszym możliwym czasie.
Reasumując, obszar wykorzystania druku 3D ma praktycznie nieograniczony zasięg. Bez względu na rodzaj prowadzonej działalności, finalnego przeznaczenia drukowanych części, ich rozmiaru, geometrii czy koloru, tylko drukarki 3D gwarantują szybką produkcję i dostawę, w najniższej możliwej cenie.
