Druk 3D na dobre zadomowił się na światowych rynkach. Technologia ta coraz częściej wykorzystywana jest przez firmy świadczące usługi inżynieryjne. Niemniej jednak popularność druku przestrzennego rośnie również poza sektorem przemysłowym – głównie za sprawą coraz większej dostępności i dzięki topniejącym cenom podstawowych modeli drukarek.

W artykule pokrótce prześledzimy historię technologii przyrostowych, zwrócimy uwagę na jego typy, ograniczenia technologiczne, a także planowane kierunki rozwoju. Zapraszamy do lektury.

 

Historia druku 3D

Początek druku przestrzennego datuje się na rok 1984 – to aż 34 lata temu! Prekursorem druku 3D był francuski naukowiec Pierre A. L. Ciraud. Wykreował on metodę tworzenia przedmiotów o dowolnych kształtach za pomocą dostarczania proszku, wykorzystując źródło światła. Tak zrodziła się jedna ze współczesnych technologii druku – SLS (ang. Selective Laser Sintering), zwana również selektywnym spiekaniem laserem.

Kolejną osobą silnie związaną z położeniem podwalin pod druk 3D jest amerykański wynalazca Charles Hull, który pracował nad nową metodą wykonywania blatów żywicznych. Było to w latach 80. XX wieku. Hull podczas swoich poszukiwań zaobserwował, że dzięki utwardzaniu żywicy za pomocą promieniowania ultrafioletowego możliwe jest kreowanie dowolnych przestrzennych konstrukcji. To właśnie Charlesa Hulla uważa się za ojca druku 3D, który w 1986 roku otrzymał patent na Stereolitografię (SLA) – jedną z metod druku przestrzennego. Co więcej, Amerykanin założył pierwszą na świecie firmę, która produkowała drukarki 3D.

Typy druku 3D

Obecnie istnieje pięć podtypów druku 3D: fotopolimeryzacja, wytłaczanie, spiekanie proszków, kształtowanie wiązką elektronów i laminacja. Każdy typ składa się z co najmniej jednej, a maksymalnie sześciu metod druku. Łącznie możemy wyróżnić aż 12 rodzajów drukowania przestrzennego. Poniżej omówimy każdy z istotniejszych typów druku.

  • Stereolitografia (SLA/STL)

Wiemy już, że metodę tę opatentował Charles Hull. Polega ona na punktowym utwardzaniu żywicy epoksydowej lub akrylowej za pomocą wiązki światła o niewielkim natężeniu i mocy. Naświetlenie promieniowaniem UV żywicy powoduje, że ulega ona utwardzeniu, czyli polimeryzacji. Proces Stereolitografii polega na metodycznym nakładaniu i polimeryzowaniu warstwy po warstwie tak, by finalnie wydrukować cały model.

  • Wytłaczanie roztopionego materiału (FDM/FFF)

Metoda wytłaczania roztopionego materiału (ang. Fused Deposition Modeling lub Fused Filament Fabrication) opiera się na kreowaniu produktu poprzez nakładanie warstw termoplastycznego i półpłynnego materiału, który podawany jest przez termiczne głowice z wymiennymi dyszami. Wykorzystywanym materiałem są min. tworzywa sztuczne, materiały spożywcze, guma. Każdy z materiałów podawany jest z bębna do głowicy, w której ulega podgrzaniu do półpłynnego stanu skupienia, a następnie zostaje on nanoszony w ramach szybko stygnącej warstwy.

Przy realizacji skomplikowanych konstrukcyjnie produktów stosowane są automatycznie(zazwyczaj) generowane podpory, które mają na celu podtrzymanie elementów drukowanego produktu. Po wydrukowaniu obiektu podpory zostają usuwane.

  • Selektywne spiekanie laserowe (SLS)

Selektywne spiekanie laserowe odkryte przez Pierre A. L. Cirauda to metoda oparta na wykorzystaniu spiekanych proszków. Proces druku przestrzennego opiera się na nanoszeniu niezwykle cienkich warstw proszku, które następnie są spiekane, czyli inaczej punktowo utwardzane wiązką światła laserowego. Proszek, który nie został spieczony, zostaje usuwany.

  • Kształtowanie wiązką elektronów (EBF3)

EBF3 (ang. Electron Beam Freeform Fabrication) jest jedną z najnowszych metod druku 3D – a mówiąc ściślej metodą technik przyrostowych – która rozwijana jest w ośrodku badawczym NASA. Metoda EBF3 opiera się na dość nowatorskim sposobie wykorzystania strumienia elektronów, który zastępuje tradycyjnie stosowany laser. Strumień elektronów emitowany jest na stop metalu, z którego wybija cząsteczki tworzące warstwy produkowanego przedmiotu. Dużą zaletą metody EBF3 jest możliwość wykorzystania niemal wszystkich stopów metali. Warto zaznaczyć, że druk wykonywany jest w temperaturze oscylującej w granicach od 700 do nawet 1000 stopni Celsjusza, co w znaczący sposób przyczynia się do mechanicznego utrwalenia powstającego produktu.

Metoda druku 3D opierająca się na kształtowaniu wiązką elektronów rozwijana jest w ośrodku Langley Reasearch Center, gdzie inżynierowie NASA zamierzają dostosować ją do warunków panujących na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

  • Laminacja (LOM)

LOM (ang. Laminated Object Manufacturing) jest kolejną metodą wykorzystującą laser. W tym przypadku jednak wiązka światła laserowego jest na tyle silna, że jest w stanie wycinać produkt wprost z połączonych ze sobą warstw poliestrowego laminatu i papieru. Metodę tą można przyrównać do wycinania produktów za pomocą frezarki CNC. Materiał umieszczony na stole zostaje przecinany przez laser w odpowiednim kształcie dla danej warstwy. Po obrobieniu warstwy, stół obniża się, a laser kształtuje kolejną warstwę. Metoda laminacji umożliwia stosunkowo elastyczne realizowanie wytrzymałych mechanicznie produktów, które po wydruku można poddawać obróbce mechanicznej.

Kierunek rozwoju druku 3D

  • Metodyczny wzrost rynku drukarek 3D o 100 proc. rok do roku

Rynek drukarek 3D rośnie w postępie wykładniczym. W 2013 roku jego wartość oscylowała na poziomie 2,5 mld dolarów, przy czym rok później uległa ona 70 proc. wzrostowi, by w 2015 roku osiągnąć dwukrotnie większą sprzedaż niż w roku 2014. Szacuje się, że do 2020 roku sprzedanych zostanie 8 mln drukarek, a rynek druku przestrzennego przekroczy wartość 20 mld dolarów.

  • Obecnie przeżywamy boom na osobiste i desktopowe drukarki 3D

W 2016 roku ponad 96 proc. drukarek 3D stanowiły urządzenia desktopowe. W ostatnich latach obserwujemy dynamiczny wzrost segmentu druku 3D dostosowanego do klientów indywidualnych oraz nieznaczne wyhamowanie popytu na drukarki w sektorze profesjonalnym. Niemniej jednak drukarki wykorzystywane w rozwiązaniach profesjonalnych stanowią około 80 proc. całego rynku drukarek 3D. Sektor profesjonalny napędzany jest głównie przez branże: medyczną, motoryzacyjną, lotniczą oraz przemysł.

Co więcej, eksperci są zdania, że nowoczesne drukarki desktopowe do użytku prywatnego powoli dorównują parametrami i jakością druku profesjonalnym drukarkom z segmentu przemysłowego.

  • Czeka nas dynamiczny rozwój rynku drukarek 3D do zastosowań profesjonalnych

Prognozuje się, że w ciągu pięciu kolejnych lat rynek drukarek do zastosowań przemysłowych będzie wzrastał w tempie 42 proc. rok do roku, przy czym wolumen sprzedaży napędzany będzie głównie przez niskobudżetowe drukarki przestrzenne, głównie wykorzystujące technologię FDM (Wytłaczanie roztopionego materiału). Wedle specjalistów technologia FFF (ang. Fused Filament Fabrication) zdominuje rynek i już w 2020 roku będzie zaimplementowana w 97,5 proc. wszystkich drukarek 3D. Czy tak będzie? Przy obecnym tempie rozwoju pozostałych technologii druku 3D wszystko może się zmienić.

Zalety druku 3D

Istnieje wiele benefitów, jakie niosą za sobą współczesne metody produkcji przyrostowej. Wśród jednej z kluczowych korzyści w dziesiątkach branż technicznych jest usprawnienie etapów projektowo-konstrukcyjnych – głównie realizacji interaktywnej makiety projektowanego produktu.

Wśród niewątpliwych zalet drukowania przestrzennego możemy wyróżnić szybkość realizacji modeli, relatywnie niską cenę produkcji, a także możliwość uniknięcia strat materiałów. Metody przyrostowe łączą proces projektowania z produkcją, co znacząco ułatwia i skraca czas realizacji zleceń.

Drukarki 3D doskonale sprawdzają się do szybkiego i taniego prototypowania pozwalającego zredukować koszty wdrożeniowe. Wymagającą wyróżnienia zaletą jest również szybkość transferu plików z zaprojektowanym modelem, dzięki czemu możliwe staje się podjęcie współpracy z dowolnym przedsiębiorstwem realizującym usługi druku 3D.

 

 

 

Wkrótce przedstawimy Wam jednego z naszych etatowych pracowników zajmujących się technologią 3D, drukarkę Zortrax M300.

Jesteś zainteresowany usługą prototypowania z użyciem druku 3D? Skontaktuj się z nami!