Innowacyjne rozwiązania druku 3D na terenie Europy! @druknano3d   |  e-mail: office(at)nano3d.pl
Nie bez znaczenia były również działania rządu USA. W 2012 roku, Barack Obama przeznaczył 30 milionów dolarów na stworzenie i rozwój NAMII (Narodowego Instytutu Innowacji w Zakresie Technologii Addatywnej). Instytucja ta wspiera firmy zajmujące się produkcją komercyjnych urządzeń do druku 3D jak również wspiera prace badawcze nad rozwojem technologii.

Czym jest druk 3D?

Druk 3D to proces produkcyjny, który tworzy obiekt fizyczny z projektu cyfrowego. Istnieją różne technologie drukowania 3D i materiały, które można drukować, ale wszystkie są oparte na tej samej zasadzie: model cyfrowy przekształca się w stały trójwymiarowy obiekt fizyczny, dodając materiał warstwa po warstwie.

Druk 3D z pewnością nie zastąpi tradycyjnych linii produkcyjnych tworzących produkty masowego użytku. Zgodnie z tym co mówił niedawno Jeff Bezos, CEO Amazon, drukarka 3D nie jest w stanie wydrukować nawet najprostszych urządzeń składających się z kilku rodzajów materiałów. Mimo całej swej prostoty, nie stworzymy w domu za pomocą drukarki 3D funkcjonalnej… szczoteczki do zębów, czy maszynki do golenia. Jednakże z drugiej strony, drukarki 3D odnajdą się z powodzeniem wszędzie tam gdzie potrzebna będzie personalizacja, unikatowość projektu lub mała ilość produktów. Będzie można uruchomić zupełnie nowy rodzaj usług w postaci produkcji rzeczy na zamówienie (PRINT ON DEMAND).
// Źródło: Kanał emce na Youtube

Każdy wydruk 3D rozpoczyna się jako cyfrowy plik projektu 3D - podobnie jak plan - dla fizycznego obiektu. Próba wydrukowania bez pliku projektu przypomina drukowanie dokumentu na kartce papieru bez pliku tekstowego. Ten plik projektu jest krojony na cienkie warstwy, które są następnie przesyłane do drukarki 3D.

Odtąd proces drukowania zmienia się w zależności od technologii, począwszy od drukarek biurowych, które topią plastikowy materiał i kładą go na platformie do dużych maszyn przemysłowych, które używają lasera do selektywnego topienia metalowego proszku w wysokich temperaturach. Drukowanie może potrwać kilka godzin w zależności od rozmiaru, a drukowane obiekty są często przetwarzane po to, aby osiągnąć pożądane wykończenie.

Na fali rosnącej popularności drukiem 3D, powstała cała masa nowych, niezwykle dochodowych biznesów. Największym jest bez wątpienia Shapeways – serwis internetowy pozwalający na projektowanie, drukowanie i sprzedawanie produktów drukowanych w 3D. Jego dochody rokrocznie rosną a sam serwis stał się jednym z liderów rynku druku 3D. Kolejnym przykładem jest zawrotna kariera MakerBota, twórcy jednego z najpopularniejszych drukarek 3D – Replicatora

Zobacz jak się to zaczęło?

Krótka historia modelowania 3D

Firma bardzo dynamicznie się rozrasta i od kilku lat jest jednym ze znaków rozpoznawczych dla branży na świecie. Do innych ważnych firm można zaliczyć m.in. belgijskie i.materialise, czyli europejski odpowiednik Shapeways, producentów drukarek 3D w rodzaju Printrbota, Lulzbota, Up!, czy Formlabs oraz niezliczoną ilość serwisów internetowych, specjalizujących się w wyszukiwaniu projektów do druku, sprzętu czy materiałów – opisy niektórych z nich znajdziecie tutaj.

Przemysł druku 3D

Światowa branża druku 3D ma wzrosnąć z 3,07 mld USD przychodów w 2013 r. Do 12,8 mld USD w 2018 r. I przekroczy 21 mld USD w światowych przychodach do 2020 r. W miarę rozwoju technologii druku trójwymiarowego ma ona przekształcać niemal każdą główną branżę i zmieniać sposób, w jaki żyjemy, pracujemy i bawimy się w przyszłości.

Przemysł druku 3D obejmuje wiele form technologii i materiałów. Kiedy większość ludzi myśli o drukowaniu 3D, myślą o prostej drukarce FDM na komputer, ale to nie jest cały obraz. Druk 3D można podzielić na metal, tkaniny, bio i cały szereg innych branż. Z tego powodu ważne jest, aby postrzegać go jako grupę różnych branż z mnóstwem różnych aplikacji. Drukowanie 3D jest coraz bardziej powiązane z codzienną działalnością firm. Pod względem perspektywy, CEO zdecydowanie postrzegają drukowanie 3D jako korzyść. Większość oczekuje 72-procentowego wzrostu wydatków na 2018 rok, a 55% oczekuje na rok 2017. Na tym etapie większość firm koncentruje się głównie na badaniach i rozwoju oraz prototypowaniu.

Zalety i wady druku 3D

Ważne jest zrozumienie, że drukowanie 3D jest szybko rozwijającą się technologią, która wiąże się z szeregiem nieodłącznych korzyści, ale także w niektórych aspektach pozostaje w tyle za tradycyjnymi procesami produkcyjnymi. Zebraliśmy przykłady z obu stron, aby pomóc Ci zrozumieć te czynniki i zobaczyć, dokąd technologia zmierza w najbliższej przyszłości.

Wady rozwiązania druku 3D

  • Wyższy koszt w przypadku dużych serii produkcyjnych

    Pomimo wszystkich korzyści płynących z wytwarzania metodą dodatków, druk 3D nie jest jeszcze konkurencyjny w stosunku do konwencjonalnych procesów produkcyjnych w przypadku dużych serii produkcyjnych. W większości przypadków ten punkt zwrotny wynosi od 1000 do 10 000 jednostek, w zależności od materiału i projektu. Ponieważ ceny drukarek i surowców nadal spadają, oczekuje się, że zakres wydajnej produkcji jeszcze wzrośnie.

  • Mniej materiałów, kolorów, wykończeń

    Mimo że obecnie dostępnych jest ponad sześćset materiałów do drukowania 3D, z których większość to tworzywa sztuczne i metale, wybór jest nadal ograniczony w porównaniu do tradycyjnych materiałów, kolorów i wykończeń. Jednak pole to szybko nadrabia zaległości, liczba nowych materiałów dodawanych do palety druku 3D rośnie szybko każdego roku, w tym drewno, metale, kompozyty, ceramika, a nawet czekolada.

  • Ograniczona siła i wytrzymałość

    W niektórych technologiach drukowania 3D wytrzymałość części nie jest jednolita ze względu na proces wytwarzania warstwa po warstwie. Części, które zostały wydrukowane w 3D, są często słabsze niż ich tradycyjne odpowiedniki. Powtarzalność również wymaga poprawy; części wykonane na różnych maszynach mogą mieć nieco zmienne właściwości. Jednak w miarę postępu technicznego nad nowymi ciągłymi procesami drukowania 3D, takimi jak Carbon3D, ograniczenia te najprawdopodobniej znikną w najbliższej przyszłości.

  • Mniejsza precyzja

    Chociaż możemy nie być w stanie drukować obiektów 3D, które mają tolerancje cięcia jak iPhone, drukowanie 3D jest nadal bardzo wydajną metodą tworzenia obiektów z dokładnością około 20-100 mikronów - lub około wysokości pojedynczego arkusza papieru . Dla użytkowników, którzy tworzą obiekty o niewielkich tolerancjach i szczegółach projektu, drukowanie 3D jest doskonałym sposobem na uczynienie produktów rzeczywistymi. W przypadku obiektów wymagających większej ilości części roboczych i drobniejszych szczegółów - takich jak cichy przełącznik na iPhonie - trudno konkurować z wysoką precyzją niektórych procesów produkcyjnych.

Zalety druku 3D

  • Twórz złożone projekty

    Drukowanie 3D pozwala projektantom tworzyć skomplikowane kształty i części - z których wiele nie może być produkowanych tradycyjnymi metodami produkcji. Zgodnie z naturalnymi prawami fizyki, wytwarzanie poprzez metody addytywne oznacza, że ​​złożoność nie ma ceny; rozbudowane projekty produktów o skomplikowanych funkcjach projektowych kosztują tyle samo produktów, co proste projekty produktów, które są zgodne z tradycyjnymi zasadami tradycyjnej produkcji.

  • Dostosuj każdy element

    Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego kupujemy nasze ubrania w standardowych rozmiarach? Dzięki tradycyjnym metodom produkcji po prostu tańsze jest wytwarzanie i sprzedawanie produktów po przystępnej cenie dla konsumenta. Alternatywnie drukowanie 3D pozwala na łatwe dostosowanie; wystarczy zmienić cyfrowo projekt, aby dokonać zmian bez dodatkowego oprzyrządowania lub innego kosztownego procesu produkcyjnego wymaganego do wytworzenia produktu końcowego. Wynik? Każdy produkt można dostosować do indywidualnych potrzeb użytkownika bez dodatkowych kosztów produkcji.

  • Nie ma potrzeby używania narzędzi i form, niższe koszty stałe

    Podczas odlewania metali lub formowania wtryskowego każda część każdego produktu wymaga nowej formy - czynnika, który może bardzo szybko kosztować produkcję balonową. Aby odzyskać te początkowe koszty produkcji, większość firm korzysta z tysięcy sprzedawanych produktów. Alternatywnie, ponieważ drukowanie 3D jest procesem "pojedynczego narzędzia", ​​nie ma potrzeby zmiany żadnego aspektu procesu i nie są wymagane żadne dodatkowe koszty ani czasy wykonania pomiędzy złożeniem lub uproszczeniem obiektu. Ostatecznie prowadzi to do znacznie niższych kosztów stałych.

  • Szybkość i łatwość prototypowania

    Ponieważ nie ma drogich narzędzi wymaganych do tworzenia obiektów za pomocą druku 3D, jest to szczególnie opłacalna metoda dla projektantów lub przedsiębiorców, którzy chcą przeprowadzić testy rynkowe lub małe serie produkcyjne - lub nawet uruchomić swoje produkty za pośrednictwem witryn crowdfundingowych, takich jak Kickstarter. Na tym etapie łatwo jest również wprowadzać zmiany w projekcie, bez uszczerbku dla bardziej formalnych i kosztownych zleceń produkcyjnych. W związku z tym drukowanie 3D oferuje znacznie mniej ryzykowną drogę na rynek dla tych, którzy szukają pomysłu na produkt.

  • Mniej odpadów

    Wiele konwencjonalnych procesów produkcyjnych ma charakter subtraktywny: zaczynasz od bloku materiału, przecinasz go, obrabiasz i frezuje, aż zostanie przetworzony jako planowany projekt. W przypadku wielu produktów - na przykład wspornika do samolotu - normalne jest utrata 90% surowca podczas tego procesu.

Kto korzysta z druku 3D?

Jedną z największych zalet druku 3D jest to, że może być korzystny dla każdego, niezależnie od branży czy zawodu. Tutaj zebraliśmy kilka typowych przykładów, aby pokazać, jak ludzie korzystają z druku 3D i dlaczego wybrali technologię jako swoje preferowane prototypowanie metody produkcji dla konkretnych przypadków użycia.

Oprócz tego, specjalistyczne  drukarki 3D wykorzystywane są do naprawdę dużych projektów: począwszy od atrakcyjnych wizualnie wnętrz, poprzez niesławny pistolet „Liberator„, a skończywszy na druku… budynków mieszkalnych. Warto również wspomnieć o pierwszych próbach druku żywności: druku z czekolady, cukru czy soli.

Producenci samochodów

Drukowanie 3D nie jest obce branży motoryzacyjnej zarówno w przypadku prototypów, jak i gotowych części. Między innymi wiele zespołów wyścigowych Formuły 1 używa drukowania 3D do prototypowania, testowania i ostatecznie do tworzenia niestandardowych części samochodowych, które są wykorzystywane w konkurencyjnych wyścigach. Podobnie, szwedzki producent samochodów Koenigsegg wykorzystuje druk 3D do produkcji zmiennej turbosprężarki do swojego modelu One: 1 - samochodu, który ma zadziwiający stosunek ciężaru własnego 1: 1 HP do Kg. W pełni metalowa część jest nie tylko wyjątkowo lekka, ale może również wytrzymać brutalną siłę spalania hiperbarycznego i wymagające warunki na torze wyścigowym.

Podsumowując, technologia druku 3D jest technologią przyszłości, która… właśnie się realizuje. Praktycznie każdego miesiąca pojawiają się coraz to nowe informacje o kolejnych kamieniach milowych poczynionych w kierunku unowocześnienia drukarek i optymalizacji efektów ich prac. Poszerza się pula materiałów, z których możemy korzystać w druku. W końcu – coraz więcej ludzi zaczyna być świadomych istnienia tej technologii co wpływa na zainteresowanie drukarkami i stopniowym spadkiem ich cen. I o ile nie wydaje mi się żeby drukarki 3D trafiły kiedyś do każdego domu, o tyle staną się one z pewnością bardzo powszechnym narzędziem pracy w wielu różnych branżach.

Lekarze

Czy wiesz, że większość dzisiejszych aparatów słuchowych jest drukowana w 3D? Dziedzina medyczna i protetyka w dużej mierze skorzystała z zastosowania druku 3D. Niestandardowe kształty, takie jak aparaty słuchowe, nie wymagają już ręcznej pracy, a drukowanie 3D można wykonać jednym kliknięciem. Oznacza to znacznie niższe koszty i krótszy czas produkcji.

Drukowanie 3D staje się coraz bardziej popularne, chociaż jeszcze niedawno było rozwiązaniem bliższym fantastyce niż rzeczywistości. Druk przestrzenny znajduje coraz szersze zastosowania, a przy tym staje się coraz tańszy. Sprawdźmy, jak działają drukarki 3D.

Stomatologia

Podobnie jak aparaty słuchowe, protetyka i inne pomocnicze urządzenia medyczne, szelki i elementy ustalające są dostosowane specjalnie do potrzeb ich końcowego użytkownika. Nie było zaskoczeniem, że stanowiło to problem ze względu na czas i energię potrzebną do ręcznego wytwarzania każdego produktu. Wraz z wprowadzeniem druku 3D w dziedzinie stomatologii i ortodoncji, stanowi to problem przeszłości. Dzisiaj chirurg stomatolog lub ortodonta może teraz skanować 3D szczęki i zęby pacjenta oraz cyfrowo konstruować i wytwarzać specjalne aparaty specjalne dla użytkownika końcowego. Przemysł stomatologiczny jako całość w pełni objął druk 3D, a istnieją nawet dedykowane modele drukarek 3D zaprojektowane specjalnie do produkcji narzędzi dentystycznych i form.

Pierwsze urządzenie do drukowania przestrzennego pojawiło się w 1984 roku, jednak określenie „druk 3D” zostało użyte dopiero w 1996 roku. Pionierem na tym polu była firma 3D Systems. Na przestrzeni lat technologia była coraz bardziej ulepszana, a druk 3D stawał się coraz tańszy. W 2006 roku pojawiła się pierwsza drukarka domowa (RepRap), a 3 lata później opracowano drukarkę do samodzielnego montażu. Takie urządzenia trafiły do masowej sprzedaży w 2013 roku.

Prostetyka

Być może jednym z najbardziej wymownych przykładów tego, jak drukowanie 3D zrewolucjonizowało życie wielu osób na lepsze, jest proteza ręki e-NABLE. Bezpłatna i łatwa w wykonaniu drukowana na 3D proteza dłoni została zaprojektowana z myślą o dzieciach potrzebujących protez. Między innymi dlatego, że projekt e-NABLE jest rewolucyjny, ponieważ wraz z rozwojem dzieci, wyrastają również z ich urządzeń protetycznych. Produkcja tych urządzeń za pomocą konwencjonalnych metod produkcji może kosztować dziesiątki tysięcy dolarów. Dzięki drukowaniu 3D dzieci - wraz z globalną społecznością inżynierów i projektantów, którzy hojnie przekazali swój czas i zasoby - mogą stworzyć własne niestandardowe urządzenia protetyczne i wyprodukować je w bardzo przystępnych cenach.

Drukarka 3D składa się z szeregu różnych komponentów. Wszystkie części mocowane są do specjalnej ramy. Ruchoma głowica napędzana jest przez silniki krokowe, które kontrolowane są przez specjalne sterowniki. Ta głowica jest najważniejszym elementem drukarki. To właśnie ona stapia w wysokiej temperaturze materiał, z którego powstanie druk 3D. Materiał nabywa się w specjalnych zwojach. Cały proces wydruku odbywa się na stole grzejnym. Drukarka posiada również termistory, kontrolujące temperaturę głowicy, wyłączniki krańcowe, zasilacz, a także dodatkowe elementy, jak na przykład wyświetlacz LCD.

Lotnictwo

GE Aviation i Safran opracowali metodę drukowania dysz paliwowych dla silników odrzutowych 3D. Technologia ta pozwala inżynierom zastępować skomplikowane zespoły pojedynczą częścią, która jest lżejsza niż poprzednie konstrukcje, oszczędza wagę i zwiększa sprawność paliwa silnika odrzutowego nawet o 15%. Nowe silniki LEAP GE zawierają 19 z tych wydrukowanych dysz paliwowych i będą zasilać nowe samoloty o wąskim korpusie, takie jak Boeing 737MAX i Airbus A320neo.

Zanim w ogóle zaczniemy drukować, konieczne jest przygotowanie odpowiedniego projektu wydruku. Wykorzystuje się do tego programy CAD. Następnie otrzymujemy plik STL, który jest wykorzystywany przez oprogramowanie drukarki. To właśnie z tego programu przekazywane są specjalne komendy, które sterują drukarką 3D. Można również pominąć projektowanie w CAD i zeskanować przedmiot, jaki chcemy wydrukować.

Kosmonautyka

Firma SpaceX firmy Elon Musk wykorzystała druk 3D do produkcji komór silnika dla swojego silnika SuperDraco; silnik, który zostanie zainstalowany na statku kosmicznym firmy Dragon. Ta decyzja drastycznie skróciła czas realizacji projektu i spowodowała, że koncepcja od deski kreślarskiej do pierwszego ostrzału trwała zaledwie trzy miesiące. Komory silnika są drukowane za pomocą Inconelu, wysokowydajnego superstopu i przetestowano go z powodzeniem dziesiątki razy.

W czasie drukowania tzw. techniką FDM głowica roztapia materiał, który następnie jest rozprowadzany warstwami za pomocą poruszających się w trzech wymiarach dysz. Tak powstaje trójwymiarowy obiekt. Natomiast w technice DLP korzysta się płynnej żywicy, utwardzanej światłem, a w drukowaniu SLS stosowany jest proszek, który łączy się laserowo. W przypadku bardzo skomplikowanych obiektów druk może trwać nawet kilkadziesiąt godzin.

Jak działają różne technologie drukowania 3D?

Jak dokładnie działają te technologie i jak wyglądają ich wydruki?
Jakie są zalety każdego procesu i jakie są wady?

dowiedz się więcej o technologii druku 3D
Materiały do drukarek i zastosowanie druku 3D

Twórcy robotów

Od najwcześniejszych dni kina rekwizyty wykorzystywane w filmach były domeną profesjonalistów pracujących ręcznie w dużych studiach filmowych. Jednak dzięki wprowadzeniu druku 3D tworzenie rekwizytów stało się bardziej dostępne i dostępne dla każdego. Ten konkretny rekwizyt wykonał Vitaly Bulgarov, projektant koncepcji z Kalifornii we współpracy z Factor 31, pracownią cyfrową z siedzibą w Los Angeles.

Jak wspomnieliśmy, w druku 3D wykorzystuje się bardzo różne techniki. Każda z nich oznacza konieczność używania nieco innych materiałów, nazywanych filamentami. Najpopularniejsza jest technologia FDM, która jest powszechnie stosowana w drukarkach przeznaczonych do domowego użytku. W FDM wykorzystuje się bardzo mocny polimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy (ABS).

Designerzy

Jako mała firma, która tworzy modułową architekturę ścienną, firma Mak Goods potrzebowała rozwiązania do stworzenia wysokiej jakości prototypu nowej koncepcji produktu. Wykorzystując selektywne spiekanie laserowe (SLS), firma była w stanie wydrukować 3D krótki odcinek produkcyjny 4000 sztuk, które zostały wykorzystane do uzyskania cennych informacji zwrotnych od ich grupy testowej. Na tym etapie łatwo było udoskonalić projekty i rozwiązać problemy przed zleceniem bardziej formalnych i kosztownych tradycyjnych zleceń produkcyjnych.

Nieco łatwiejszy w obróbce jest polilaktyd (PLA), który dodatkowo charakteryzuje się biodegradowalnością. Jeśli chcemy wydrukować obiekt przezroczysty, a jednocześnie wytrzymały, można użyć takiego samego materiału, jaki jest używany do produkcji plastikowych butelek. Mowa tu o PET. W przypadku drukarek przemysłowych wachlarz wykorzystywanych do drukowania przestrzennego materiałów jest o wiele szerszy i obejmuje między innymi papier, gumę, metal, a nawet beton.

Architekci

Przed wprowadzeniem druku 3D w dziedzinie architektury tworzenie modeli skalowych było niezwykle żmudnym i czasochłonnym procesem, który był kluczowy dla architektów w celu przekazania ich zamiaru projektowego. Obecnie zarówno duże firmy, jak i niezależni architekci mogą szybko i łatwo tworzyć wydrukowane modele 3D bezpośrednio z istniejących danych CAD, które są używane do tworzenia projektów. W zależności od pożądanego poziomu komunikacji te wydrukowane modele 3D można drukować z wielu materiałów i realistycznych kolorów.

Druk 3D ma coraz szersze zastosowanie. Być może już za kilka lat każdy z nas będzie mógł wydrukować sobie dowolny przedmiot w domu. Na razie jednak najczęściej korzysta z druku przestrzennego przemysł, który tworzy w ten sposób tanio i szybko prototypy nowych urządzeń. Coraz śmielej wykorzystuje druk 3D także medycyna, szczególnie do rekonstrukcji kości. Drukowanie przestrzenne znajduje zastosowanie również w produkcji prostych przedmiotów i różnych elementów biżuterii.

Studenci

Druk 3D oferuje studentom z wielu dziedzin nauki przystępne cenowo rozwiązanie, które pozwala na odzwierciedlenie ich koncepcji na wczesnych etapach procesu projektowania. Poprzez pracę iteracyjną z prototypami uczniowie mogą szybko uczyć się na modelach, udoskonalać je i zdobywać praktyczne doświadczenie w opracowywaniu idealnego rozwiązania projektowego. Ten konkretny projekt rowerowy został wykonany przez studentów inżynierii przemysłowej z Fontys Technical University of Applied Sciences, którzy przetłumaczyli swój cyfrowy projekt na model w formie drukowanej 3D.

Drukarki 3D i technologia drukowania przestrzennego staje się coraz bardziej zaawansowana. To sprawia, że jej wykorzystanie jest nie tylko coraz łatwiejsze, ale również coraz tańsze. Być może już za kilka lat druk 3D stanie się tak samo popularny, jak wydruki dwuwymiarowe.

Inżynieria

Jako inżynier z dbałością o dobry projekt, Rob Halifax czuł, że niektóre popularne kategorie produktów są ogólnie "brzydkie". Dzięki swojej wiedzy inżynierskiej był w stanie wziąć sprawy w swoje ręce i rozpoczął proces przeprojektowywania własnej brzytwy. Korzystając z druku 3D, był w stanie pracować na wielu iteracjach, aż dotarł do rozwiązania projektowego, które uważał za najlepsze. Wkrótce zamienił swój pomysł w udaną kampanię Kickstarter, która doprowadziła do zrównoważonego biznesu. "Druk 3D odegrał kluczową rolę w przekształceniu mojego pomysłu w biznes" - mówi Halifax. "Nie ma innego sposobu, abyśmy mogli dojść tak daleko tak szybko, starając się ograniczyć koszty."

Image

Producenci dóbr

Jednym z pierwszych przykładów produktów konsumpcyjnych drukowanych w 3D są słuchawki Print +. Są wysyłane jako zestaw, który obejmuje całą elektronikę i poduszki nauszne w przyjaznym dla środowiska pudełku, stanowiącym ułamek wielkości zwykłych słuchawek. Pozostałe części są wysyłane do klienta w postaci cyfrowej, dzięki czemu mogą drukować 3D samodzielnie lub drukować 3D na miejscu. Produkt końcowy to słuchawki w pełni konfigurowalne, możliwe do rozbudowy i łatwe do naprawienia.