Nazywam się Jarek Kozak. Jestem założycielem Technology Applied. W tym artykule chcę rozwiać wątpliwości na temat profesjonalnego druku 3D. Opowiem kiedy zastosowanie druku 3D się opłaca, a kiedy nie. Przedstawię też możliwości druku 3D oraz uporam się z krążącymi na rynku mitami i powszechnymi przekonaniami na temat drukowania 3D.
Czym jest druk 3D?
W pewnym sensie druk 3D to hasło niefortunne. Drukowanie to coś, co w naszym przekonaniu ma formę dwuwymiarową, jak np. druk gazety albo plakatu. Nazwą bardziej odzwierciedlającą istotę zagadnienia jest wytwarzanie addytywne. Czym zatem jest wytwarzanie addytywne? Odpowiem na to pytanie stawiając druk 3D obok technologii frezowania CNC. W technologii frezowania urządzenie wycina z bloku materiału pożądany kształt. Technologię frezowania CNC można porównać do pracy rzeźbiarskiej. Urządzenie odejmując materiał z bloku materiału tworzy przedmiot, detal, część. W istocie urządzenie wydobywa kształt zamknięty w bryle.
Druk 3D również służy to wytwarzania części, jednak różnice stanowi tutaj sposób. W przeciwieństwie do metody CNC, w druku 3D materiał dodaje się do siebie tworząc pożądany kształt. Jeżeli frezowanie CNC możemy porównać do rzeźbiarstwa to druk 3D porównalibyśmy do pracy z plasteliną. Lepimy finalny kształt dodając do naszego wytworu kolejne elementy. Tym właśnie druk 3D różni się od frezowania CNC. Podejście to stwarza wiele przewag, o których opowiem w dalszej części artykułu.
Dlaczego warto wybrać druk 3D?
Od kiedy na rynku pojawił się druk 3D bardzo wiele mówiło się o rewolucji, jaką drukowanie 3D wniesie w przemysł. Krążyły historie na temat tego jak bardzo druk 3D zagrozi technologiom frezowania CNC lub wtrysku. Jak się jednak okazało do wszystkich tych rewolucji nie doszło. Doszło natomiast do znaczącego ułatwienia pracy Inżyniera oraz do stworzenia nowych możliwości niedostępnych dotychczas.
Wytwarzanie addytywne stało się doskonałym uzupełnieniem wielu metod wytwarzania. Druk zaczął być również stosowany prawie na wszystkich etapach „product developmentu”. Co zatem druk 3D wniósł do przemysłu i jaką lukę uzupełnił? O tym poniżej.
Druk 3D a wtrysk
Wytwarzanie addytywne jest doskonałym uzupełnieniem wtrysku z tworzyw sztucznych. Stało się tak z kilku względów. Druk 3D nie ma żadnych kosztów startowych (poza przygotowaniem modelu). Formowanie wtryskowe, wymaga poniesienia znaczących kosztów przygotowania produkcji w postaci wytworzenia narzędzia. Sam koszt wytwarzania detali jest bardzo mały jednak w połączeniu z kosztami startowymi sprawia, że produkcja małych wolumenów jest z reguły nieopłacalna.
Pokażę to na przykładzie. Wyobraź sobie, że chcesz wytworzyć popychacze i chwytaki do urządzenia którego jesteś producentem. Jeśli zamówisz 50 sztuk, to koszt jednostkowy wyniesie w wypadku prezentowanego poniżej detalu 21 zł stosując metodę druku 3D. W przypadku metody wtryskowej 201,85 zł za sztukę. Jeśli jednak zamówisz 1 500 sztuk prezentowanego detalu, to koszt jednostkowy w przypadku druku 3D wciąż wyniesie 21 zł, natomiast w przypadku metody wtryskowej 8,52 zł.
Wiele zależy też od wielkości detalu. Niejednokrotnie zdarza się, że detale drobne o małej objętości opłaca się drukować pomijając wtrysk całkowicie. Wynika to z faktu, że metody druku 3D nie wymagają wytworzenia narzędzia. Do produkcji można przystąpić od ręki. Wystarczy rysunek 3D. Podstawowym kosztem wytworzenia części jest tutaj objętość detalu. Podsumowując, jeśli potrzebujesz od kilku do kilku tysięcy sztuk – rozważ wybór druku 3D. Jeśli planujesz produkcję masową – tradycyjne metody mogą być tańsze. Tę zasadę zaprezentowałem na poniższym wykresie.
Druk 3D a Frezowanie CNC
Wytwarzanie addytywne znalazło swoje miejsce również jako alternatywa do frezowania części z tworzyw sztucznych. Jest kilka przewag druku 3D w tym zakresie. Podstawową jest brak kosztów startowych. Oznacza to, że w druku 3D do pracy możemy przystąpić niemal natychmiast. Wystarczy do tego model 3D wyeksportowany do formatu STL.
W druku 3D wykonanie pracy wymaga znacznie mniej zaangażowania operatora co znacząco wpływa na cenę. Elementy drukowane w porównaniu do frezowanych mogą być nawet do 75% tańsze. Nie jest tak jednak zawsze. Wiele zależy od kształtu detalu i łatwości z jaką można dany detal wyfrezować. Szczegółowe różnice prezentuje na przykładzie poniżej.
Kształt produkowanych detali
Jedną z kluczowych przewag drukowania 3D nad innymi technologiami jest możliwość produkowania kształtów, które w innych technologiach są niemożliwe do wytworzenia. Konstruktor projektujący detal pod technologię wtrysku z tworzyw sztucznych musi brać pod uwagę wiele aspektów i ograniczeń samej technologii. Możliwość otworzenia się formy po wtrysku oraz równomiernie rozkładanie się tworzywa w formie to tylko nieliczne z nich.
Podobna sytuacja ma miejsce w technologii frezowania CNC. W tym wypadku detale należy projektować tak aby narzędzie frezarki miało dostęp do tej części detalu, którą chcemy poddać obróbce. W efekcie detale projektowane są w taki sposób, który pozwala na ich wytworzenie w danej technologii. W druku 3D z ten problem nie występuje. Oczywiście istnieją pewne ograniczenia w możliwościach wytwórczych urządzeń takie jak minimalna grubość ścianki, minimalny otwór itp. ale są one nieznaczne.
W efekcie wykorzystując tę przewagę konstruktorzy mogą projektować detale lżejsze o zoptymalizowanej topologii, lub produkować w jednym kawałku detale, które przy zastosowaniu innej technologii musiałby składać się z co najmniej kilku elementów. W celu zobrazowania tego zagadnienia poniżej zamieszczam zdjęcie skomplikowanego przepływomierza wraz z jego przekrojem. Dzięki zastosowaniu metody druku 3D była możliwość wyprodukowania tego detalu w jednej części.
Czas
Sporo słyszy się o tym, że druk 3D jest szybszy od innych technologii. Jest tu sporo prawdy, ale nie jest to zagadnienie tak proste jak się je popularyzuje. Podstawowym aspektem czyniącym druk 3D technologią szybką jest czas w jakim można przystąpić do produkcji detalu. To tutaj technologia druku zyskuje największą przewagę. Brak kosztów startowych oraz brak konieczności wytwarzania narzędzia do produkcji powoduje, że do wytwarzania można przystąpić niemal natychmiast.
Oznacza to tyle, że w wypadku druku 3D unikamy całej fazy przedprodukcyjnej i narzędziowej. Jednak w momencie, w którym narzędzie jest już wytworzone, wtrysk staje się znacznie szybszy. Zatem odnajdywanie przewagi w aspekcie czasu druku 3D ma bardzo indywidualny charakter. Wiele zależy tutaj od kształtu detalu oraz od liczby sztuk, w jakich detal ma być produkowany. My dostarczamy detale w czasie od 3 do 7 dni roboczych, a przy większych zamówieniach czas ten jest ustalany indywidualnie.
Elastyczność
Aspektem, który w znacznym stopniu przekonuje Inżynierów do korzystanie z metody druku 3D jest jej elastyczność. Druk 3D nie wymaga wytwarzania skomplikowanych narzędzi produkcyjnych. Cena druku kształtuje się na podstawie objętości samego detalu i w marginalnym stopniu zależy od liczby detali.
Dzięki tym aspektom druk 3D wykorzystywany jest w produkcji pojedynczych detali ale też serii produkcyjnych. Co więcej, zmiany w kształcie detalu mogą wpłynąć na cenę jego wytworzenia, ale nie wymagają powtórzenia całego procesu wytwarzania narzędzia. Dzięki tym wszystkim aspektom druk 3D znajduje swoje miejsce nie tylko jako doskonała metoda tworzenia prototypów ale również technologia do tworzenia części, narzędzi i oprzyrządowania do maszyn i urządzeń.
Czy druk 3D pozwala wytworzyć wytrzymałe, przemysłowe części?
Na wstępie musimy rozdzielić dwie rzeczy. Nie każdy mówiąc o druku 3D ma na myśli profesjonalny druk 3D, którym my się zajmujemy. Druk 3D jest często utożsamiany z niskobudżetowymi drukarkami, które wiele osób ma w swoich domach. To nie są metody, które pozwalają wytwarzać wytrzymałe, przemysłowe i powtarzalne części. Jeśli jednak mówimy o technologiach druku 3D takich jak np. SLS, to tak – możemy wytwarzać komponenty maszyn i urządzeń a nawet elementy linii produkcyjnych.
Elementy wytworzone w technologii SLS mogą wytrzymać nawet dziesięciokrotnie większy nacisk niż elementy wytworzone za pomocą drukarek domowych. Ponadto takie detale można wytwarzać z normowanych materiałów, które posiadają certyfikacje. Zapraszam do zapoznania się z wykorzystywanymi przez nas materiałami w zakładce materiały.
Profesjonalny druk 3D to niesamowita technologia, która stwarza mnóstwo nowych możliwości w kontekście wytwarzania części przemysłowych.
Jeśli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z naszym działem obsługi klienta. Wszystko dokładnie wytłumaczymy i pomożemy wybrać najlepsze rozwiązanie.
Kontakt