Drukowanie w 3D to jedna z najdynamiczniej rozwijających się metod wytwórczych. Wydruk z drukarki 3D pozwala na istotne obniżenie kosztów i skrócenie czasu produkcji. Równocześnie na rynku są dostępne bardzo różne rodzaje drukarek 3D, które oferują różne możliwości technologiczne oraz jakość wydrukowanych aplikacji. W niniejszym artykule dowiecie się, co wydrukować na drukarce 3D oraz czym różnią się urządzenia klasy przemysłowej od desktopowej i amatorskiej?
Jak zwiększała się świadomość o druku 3D?
Chociaż technologia druku 3D powstała prawie 40 lat temu, w świadomości ludzi na całym świecie zaczęła pojawiać się zaledwie przed dekadą. Do roku 2010 drukarki 3D były bardzo specjalistycznymi i drogimi maszynami przemysłowymi, wykorzystywanymi w znakomitej większości przypadków wyłącznie do szybkiego prototypowania. O ich istnieniu wiedziała wąska grupa specjalistów i inżynierów tworzących w działach badawczo-rozwojowych firm lub jednostek naukowo-badawczych nowe produkty i rozwiązania technologiczne. Dopiero gdy na rynku zaczęły pojawiać się pierwsze amatorskie drukarki 3D, których ceny były wielokrotnie niższe od swoich przemysłowych pierwowzorów, drukowanie w 3D zaczęło się dynamicznie popularyzować, a technologie przyrostowe na stałe trafiły do głównego nurtu metod wytwórczych.
Zalety i wady tanich drukarek 3D
Ma to dwie strony – dobrą i złą. Dobra jest oczywista – dzięki istnieniu tanich, amatorskich i desktopowych drukarek 3D coraz więcej osób ma możliwość zaznajomić się z drukiem 3D i realizować wiele projektów, które wcześniej były niemożliwe lub trudne do wykonania. Drukarki 3D trafiają do domów prywatnych, szkół, uczelni wyższych oraz całej masy firm, które nie mogły (lub nie chciały) zakupić bardzo drogich maszyn przemysłowych. Zła strona to kwestia jakości wydruków 3D oraz samej specyfiki pracy amatorskich drukarek 3D.
„Tanie amatorskie i desktopowe drukarki 3D są doskonałe do nauki drukowania 3D”
Tanie amatorskie i desktopowe drukarki 3D są doskonałe do nauki drukowania 3D – co często wiąże się ze wzrostem wiedzy i kompetencji w innych obszarach, jak projektowanie 3D, skanowanie 3D czy zaawansowana obróbka wydruków 3D. Sprawdzą się przy produkcji relatywnie prostych prototypów oraz nieskomplikowanych produktów końcowych, gdzie kwestia użytego materiału oraz jakości powierzchni ma znaczenie drugorzędne. Niestety nie nadają się do tworzenia bardziej złożonych części, wykonywanych w dużych ilościach (już od kilkudziesięciu / kilkuset sztuk), z zaawansowanych i wysokowydajnych materiałów. Zatem stawiając sobie pytanie jaka tania drukarka 3D będzie dla mnie najlepsza, tak naprawdę musimy wpierw odpowiedzieć na inne – czy jakość wydruków z takiej drukarki 3D będzie dla mnie satysfakcjonująca?
Przemysłowe drukarki 3D
Przemysłowe drukarki 3D stanowią zupełnie inną klasę urządzeń, co niestety przekłada się na ich cenę oraz koszty eksploatacji. Mimo to efekty ich pracy są nieporównywalne do tego co można osiągnąć na amatorskich bądź desktopowych urządzeniach – dotyczy to także tych klasy FDM / FFF, gdzie można z powodzeniem używać wysokowydajnych i wysokotemperaturowych tworzyw sztucznych. Jednymi z najbardziej rozpowszechnionych na świecie przemysłowych drukarek 3D są maszyny pracujące w technologii SLS – selektywnego spiekania proszków poliamidowych wiązką lasera. W pracy wykorzystywane są przede wszystkim poliamidy (np. PA12) – jedne z najpopularniejszych tworzyw sztucznych w przemyśle oraz TPU – czyli materiał giętki i elastyczny.
SLS jest technologią proszkową, co sprawia że w przeciwieństwie do innych metod przyrostowych nie trzeba stosować struktur podporowych (podporami jest po prostu niespieczony proszek, który jest usuwany z wydruku), a modele można dowolnie orientować względem siebie i piętrować (użytkownik nie jest ograniczony powierzchnią stołu roboczego XY, lecz może do maksimum wykorzystać oś Z). Nadaje to tej technice wysoką wydajność (można produkować naraz wielokrotnie więcej części) i swobodę organizowania produkcji.
Co drukować na drukarce 3D?
Równocześnie wydruki z drukarki 3D, wykonane w technologii SLS, oferują doskonałą jakość powierzchni i umożliwiają produkcję dowolnej geometrii (tak naprawdę jedynym ograniczeniem są bardzo cienkie ścianki na poziomie np. 0,5 mm). Materiał PA12 jest bardzo wytrzymały i posiada dużą sprężystość (ale nie jest elastyczny!), co sprawia, że jest bardziej odporny na złamania i uderzenia. Wydruki 3D można barwić na dowolny kolor sprayami lub zanurzeniowo.
Dzięki dużej wydajności produkcyjnej, wiele światowych koncernów produkcyjnych wykorzystuje druk 3D SLS do produkcji końcowych części wykorzystywanych w wielu produktach użytku codziennego. Co wydrukować na drukarce 3D typu SLS? Praktycznie wszystko – począwszy od obudów lub elementów konstrukcyjnych, a skończywszy na specjalistycznym wyposażeniu np. samochodów, samolotów czy taboru kolejowego.
Zakup przemysłowej drukarki 3D wiąże się z bardzo wysokimi kosztami. Drogie są maszyny, materiał (aby było to opłacalne, warto zamawiać duże ilości) i eksploatacja (maszyny tego typu zużywają dużo energii elektrycznej i wymagają zasilania siłowego). Dodatkowo maszynom tego typu należy zapewnić odpowiednie warunki pracy – przystosowaną halę przemysłową, właściwą temperaturę i wilgotność oraz dużo dodatkowego osprzętu. Dla wielu firm inwestycja w SLS (ale również w drukarki 3D do metali czy żywic światłoutwardzalnych) może okazać się nieopłacalna lub wręcz niemożliwa (maszyny tego typu nie mogą funkcjonować w środowisku biurowym).
Na poniższej grafice przedstawiliśmy porównanie wielkości profesjonalnej drukarki 3D z amatorską.
Aby korzystać z zalet i przewag technologii SLS (oraz innych drogich metod przemysłowego druku 3D), warto rozważyć skorzystanie z usług firm, które posiadają przemysłowe drukarki 3D i drukują na zamówienie. Zwykle ich parki maszynowe są zoptymalizowane do ciągłej produkcji części, dzięki czemu koszty są niskie i ceny usług bardzo atrakcyjne. Ciekawym rozwiązaniem może być też zakup taniej desktopowej drukarki 3D typu FDM / FFF i drukowanie za jej pomocą pierwszych, surowych wersji produktów, aby później wykonać je na przemysłowej drukarce 3D w doskonałej jakości – np. w technologii SLS. Wszystko co trzeba zrobić, to przesłać modele do druku 3D i otrzymać stosowną wycenę.
„Najlepszą opcją dla biznesu jest, w większości przypadków, profesjonalny druk 3D”
Tak opisuje to Jarosław Kozak – założyciel i prezes Technology Applied:
Niskobudżetowe urządzenia drukują bardzo uproszczone prototypy. Dzięki temu można np. wizualnie ocenić kształt lub dane cechy elementu, bądź sprawdzić zmiany projektowe. W związku z tym klienci nie muszą na każdym etapie pracy nad projektem zamawiać wydruku. Wiązałoby się to bowiem z dodatkowymi kosztami oraz wydłużyłoby czas realizacji projektu. Na końcu tego procesu najlepiej jednak zamówić profesjonalny detal 3D – będzie on miał znacznie wyższą jakość niż ten wydrukowany w niskobudżetowej drukarce. Czyli, podsumowując, desktopowe drukarki 3D to dobra alternatywa dla profesjonalnego druku 3D przede wszystkim podczas prototypowania, projektowania wzorniczego i testowania różnych wersji produktu lecz finalnie zarówno prototyp jak również ostateczne części warto wykonać w technologii przemysłowej. Pozwoli to zachować odpowiednią jakość produktu i zapewne oszczędzi dodatkowych przykrości.
Jarosław Kozak
Założyciel Technology Applied