Jeszcze kilka lat temu drukarki 3D kojarzyły się głównie z laboratoriami, uczelniami technicznymi i kosztownymi prototypami. Dziś technologia przyrostowa jest dostępna praktycznie dla każdego. Korzystają z niej firmy produkcyjne, projektanci, architekci, majsterkowicze, a nawet osoby potrzebujące pojedynczego elementu do naprawy sprzętu domowego.
Największą zaletą tej technologii jest możliwość wykonania przedmiotu dokładnie według określonych wymiarów. Nie trzeba zamawiać tysięcy sztuk ani przygotowywać kosztownych form produkcyjnych. Czasami wystarczy plik z modelem, kilka godzin pracy urządzenia i pomysł może zamienić się w fizyczny przedmiot.
Na czym właściwie polega drukowanie przestrzenne?
Tradycyjne metody obróbki często polegają na usuwaniu materiału. Przykładowo podczas frezowania większy fragment tworzywa lub metalu jest stopniowo obrabiany aż do uzyskania oczekiwanego kształtu.
Drukarka 3D działa inaczej. Przedmiot powstaje warstwa po warstwie. Urządzenie odczytuje cyfrowy model i na jego podstawie nakłada kolejne cienkie warstwy materiału.
W przypadku popularnej technologii FDM wykorzystywany jest filament, czyli tworzywo dostarczane w postaci nawiniętej na szpulę żyłki. Materiał jest podgrzewany, a następnie precyzyjnie nanoszony przez głowicę drukującą.
Takie rozwiązanie pozwala tworzyć zarówno bardzo proste elementy użytkowe, jak i skomplikowane konstrukcje zawierające otwory, kanały czy nietypowe kształty.
Kiedy opłaca się skorzystać z profesjonalnego wykonawcy?
Zakup własnej drukarki może być kuszący, szczególnie że podstawowe urządzenia są obecnie stosunkowo niedrogie. Trzeba jednak pamiętać, że samo posiadanie sprzętu nie oznacza jeszcze uzyskiwania dobrych wydruków.
Znaczenie ma odpowiednia konfiguracja urządzenia, temperatura materiału, prędkość drukowania, wysokość warstwy, sposób prowadzenia podpór oraz orientacja modelu na stole roboczym.
Dlatego przy jednorazowych projektach często wygodniejszym rozwiązaniem jest druk 3D na zamówienie, szczególnie jeśli element powinien mieć określoną dokładność, wytrzymałość albo estetyczne wykończenie.
Profesjonalny wykonawca może również doradzić, jaki materiał najlepiej sprawdzi się w konkretnym zastosowaniu.
Prototyp można wykonać bez kosztownej produkcji
Jednym z najważniejszych zastosowań technologii przyrostowych jest prototypowanie.
Wyobraźmy sobie firmę projektującą niewielkie urządzenie elektroniczne. Zanim powstanie forma wtryskowa do produkcji obudowy, trzeba sprawdzić między innymi:
- czy wszystkie podzespoły mieszczą się wewnątrz,
- czy przyciski znajdują się w odpowiednich miejscach,
- czy obudowę można wygodnie złożyć,
- czy przygotowane zatrzaski działają prawidłowo,
- czy produkt dobrze leży w dłoni.
Wykonanie prototypu pozwala szybko odpowiedzieć na te pytania.
Jeśli trzeba zmienić położenie otworu lub zwiększyć grubość ścianki, projekt można poprawić w programie CAD i przygotować kolejną wersję.
W tradycyjnej produkcji takie zmiany mogłyby oznaczać znaczne dodatkowe koszty. Przy technologii przyrostowej modyfikacja modelu jest znacznie prostsza.
Części, których nie można już kupić
Bardzo praktycznym zastosowaniem druku przestrzennego jest wykonywanie elementów zamiennych.
W wielu urządzeniach uszkodzeniu ulega niewielka plastikowa część, podczas gdy cały sprzęt nadal działa bez problemu. Może to być uchwyt, pokrętło, zaczep, osłona, prowadnica albo niewielkie mocowanie.
Problem pojawia się wtedy, gdy producent nie oferuje już części zamiennych.
W takiej sytuacji element można czasami odtworzyć na podstawie jego wymiarów lub zachowanego egzemplarza. Po przygotowaniu modelu komputerowego możliwe jest wykonanie nowej części bez konieczności poszukiwania jej w sklepach czy na aukcjach internetowych.
Oczywiście nie każdy komponent nadaje się do takiego odtworzenia. Szczególną ostrożność trzeba zachować przy elementach odpowiedzialnych za bezpieczeństwo, pracujących pod dużym obciążeniem lub w bardzo wysokich temperaturach.
Jaki materiał wybrać?
Materiał ma ogromny wpływ na właściwości gotowego przedmiotu.
PLA
PLA to jeden z najbardziej popularnych filamentów. Jest łatwy w drukowaniu i pozwala uzyskać dobrą jakość powierzchni.
Sprawdza się między innymi przy:
- modelach dekoracyjnych,
- makietach,
- prototypach wizualnych,
- figurkach,
- elementach przeznaczonych do użytkowania wewnątrz pomieszczeń.
Nie jest jednak najlepszym rozwiązaniem w miejscach narażonych na wysoką temperaturę.
PET-G
PET-G jest bardziej odporny mechanicznie i termicznie niż typowy PLA. Z tego powodu często wykorzystuje się go przy elementach użytkowych.
Może być dobrym wyborem do uchwytów, mocowań, obudów czy części wykorzystywanych w warsztacie.
ABS i ASA
Materiały te stosuje się tam, gdzie wymagana jest większa odporność temperaturowa.
ASA dodatkowo dobrze znosi promieniowanie UV, dlatego może być wykorzystywana do wykonywania przedmiotów przeznaczonych do użytkowania na zewnątrz.
Materiały elastyczne
Filamenty TPU pozwalają tworzyć elementy przypominające gumę. Wykorzystuje się je między innymi do wykonywania odbojników, osłon, uszczelek czy elastycznych uchwytów.
Dobór materiału powinien więc zależeć przede wszystkim od tego, w jakich warunkach będzie pracował gotowy przedmiot.
Czy wydruk zawsze będzie idealnie gładki?
To jedno z częstszych pytań pojawiających się przy pierwszym kontakcie z technologią 3D.
Na powierzchni przedmiotów wykonanych metodą FDM mogą być widoczne delikatne linie wynikające z nakładania kolejnych warstw. Ich widoczność zależy między innymi od wysokości warstwy oraz geometrii modelu.
Jeśli element ma przede wszystkim spełniać funkcję techniczną, zwykle nie stanowi to problemu.
W przypadku modeli dekoracyjnych możliwa jest natomiast dalsza obróbka. Wydruk można szlifować, podkładować, malować lub poddawać innym procesom wykończeniowym.
Najważniejszy jest dobry model 3D
Drukarka nie stworzy przedmiotu sama. Potrzebuje cyfrowego modelu przedstawiającego jego geometrię.
Jeżeli użytkownik posiada już gotowy projekt, można najczęściej wykorzystać popularne formaty takie jak STL czy 3MF.
Co jednak zrobić, gdy istnieje jedynie pomysł?
Wtedy model trzeba przygotować w programie do projektowania przestrzennego. Przy prostych częściach technicznych często wystarczą dokładne wymiary oraz szkic.
Bardziej skomplikowane projekty mogą wymagać wykonania pełnego modelu CAD lub zastosowania skanowania przestrzennego.
To właśnie etap projektowania często decyduje o tym, czy gotowy element będzie rzeczywiście spełniał swoje zadanie.
Ile trwa wykonanie pojedynczego elementu?
Czas drukowania zależy od wielu czynników.
Największe znaczenie mają:
- wielkość modelu,
- wysokość warstwy,
- stopień wypełnienia,
- geometria przedmiotu,
- liczba wymaganych podpór.
Niewielki element może powstać w ciągu kilkudziesięciu minut. Większa część techniczna może drukować się przez kilka lub kilkanaście godzin.
Bardzo duże modele mogą natomiast wymagać nawet kilkudziesięciu godzin pracy urządzenia.
Nie zawsze warto więc maksymalnie zwiększać jakość. Jeśli część jest elementem technicznym, którego powierzchnia nie będzie widoczna, często można zastosować większą wysokość warstwy i znacząco skrócić czas realizacji.
Mała seria zamiast produkcji masowej
Technologia 3D świetnie sprawdza się również przy produkcji niewielkich serii.
Jeżeli firma potrzebuje kilkunastu lub kilkudziesięciu specjalistycznych uchwytów, przygotowanie tradycyjnej formy produkcyjnej może być nieopłacalne.
Drukowanie przestrzenne eliminuje ten problem.
Każdy egzemplarz powstaje bezpośrednio na podstawie cyfrowego projektu. Co więcej, poszczególne produkty mogą się od siebie nieznacznie różnić bez konieczności przebudowy całej linii produkcyjnej.
Daje to dużą swobodę przy wytwarzaniu krótkich serii, produktów personalizowanych czy specjalistycznego wyposażenia dla przedsiębiorstw.
Technologia, która coraz częściej rozwiązuje codzienne problemy
Najciekawsze w druku 3D jest to, że jego możliwości nie ograniczają się już do prototypowni dużych przedsiębiorstw.
Ta sama technologia może jednego dnia stworzyć prototyp urządzenia dla firmy technologicznej, a następnego niewielki uchwyt potrzebny do naprawy starego sprzętu.
Właśnie ta elastyczność powoduje, że drukowanie przestrzenne znajduje coraz więcej zastosowań. Pozwala szybko przejść od pomysłu do fizycznego przedmiotu, ograniczyć koszty przygotowania produkcji i wykonywać elementy dokładnie dopasowane do konkretnego zastosowania.
W wielu sytuacjach nie trzeba więc szukać gotowego produktu. Czasami znacznie prostszym rozwiązaniem jest zaprojektowanie części dokładnie takiej, jaka jest potrzebna, a następnie jej wykonanie.
