Przemysłowy druk 3d

Druk 3D

Wyobraź sobie miejsce, a w nim firmy z całej Polski  wykonujące usługi druku 3D. Za pomocą jednego zlecenia Twoje zapytanie trafia do wszystkich jednocześnie. 

Tak działa LASERTRADE.

Dodawanie zleceń, otrzymywanie wycen i nawiązywanie współpracy dotyczących druku 3D jeszcze nigdy nie było tak proste.

Druk 3D

Druk 3D to jeden z najgorętszych tematów ostatnich lat, nieustannie zyskujący na popularności, innowacyjna technologia produkcji.

Definicja druku 3D (ang. 3D printing) – czyli drukowania przestrzennego – wskazuje, iż jest to proces wytwarzania trójwymiarowych, fizycznych obiektów na podstawie komputerowego modelu. Początkowo używano go jako jednej z metod szybkiego prototypowania (zarówno do budowania form, jak i samych prototypów), jednak wraz z rozwojem technologii oraz postępami dokładności wykonywania obiektów, drukowanie przestrzenne stało się jedną z metod wykonywania gotowych obiektów (między innymi części zamiennych do urządzeń, przedmiotów codziennego użytku, ozdób, ubrań, zabawek, makiet architektonicznych, a nawet protez).

Ale może zacznijmy od początku…

Krótka historia druku 3D

W tym celu przydałby się wehikuł czasu, albowiem drukowanie 3D – jak i każda inna dziedzina – posiada swoją mniej lub bardziej fascynującą przeszłość.

Sama koncepcja druku, a zatem przekazywania informacji w formie tekstu na dwuwymiarowych kartkach papieru, zrodziła się prawie 600 lat temu w głowie Jana Gutenberga, który to wynalazł ruchomą czcionkę i za pomocą prasy drukarskiej wydrukował Biblię.

Ów standardowy druk przez wieki był udoskonalany, a już zupełnym przełomem było wynalezienie komputerów osobistych, a wraz z nimi drukarki atramentowej – w roku 1976. Wtedy już właściwie wiadomym stało się, że przeniesienie druku do namacalnej, trójwymiarowej formy, to tylko kwestia czasu. Naukowcy, wynalazcy, inżynierowie aż palili się do pracy.

Za narodziny druku przestrzennego 3D uznaje się moment wynalezienia przez Amerykanina Charlesa Hulla stereolitografii, a miało to miejsce w 1984 roku (patent zgłoszony dwa lata później, w 1986 roku). Polegało to na tym, że wiązka lasera utwardzała w selektywny sposób żywicę światłoutwardzalną, tworząc w ten sposób obiekt przestrzenny. Technologia stereolitograficzna (w skrócie SLA) zyskała jednocześnie miano metody przyrostowej, czyli takiej, w której obiekty i rzeczy powstają przez budowanie ich warstwa po warstwie. To był ten moment, od którego można było zacząć wytwarzać modele na podstawie cyfrowych danych, a ludzie zaczęli dostrzegać, jaki potencjał drzemie w tej technologii.

Technika przyrostowa (addytywna), polegająca na nakładaniu materiału budulcowego warstwa po warstwie i jego selektywnym spajaniu, jest odwrotnością techniki ubytkowej (subtraktywnej), w której to z bryły materiału narzędziami skrawającymi usuwa się jego naddatek, tworząc w ten sposób docelowy model (czyli np. frezowanie CNC).

Wszystko to dało jeszcze większy bodziec do działania inżynierom, wynalazcom i naukowcom. Zaczęli oni opracowywać kolejne, niezależne techniki przyrostowe, różniące się wykorzystywanymi materiałami, ich formą oraz metodami spajania. W 1988 roku – za przyczyną Scotta Crumpa – pojawiła się kolejna koncepcja, która w przyszłości stać się miała podwaliną pod niskobudżetowy druk 3D. Mowa o technologii FDM (Fused Deposition Modeling), czyli osadzaniu topionego materiału – dzisiaj znanego jako popularne „drukowanie z plastiku”. Warto pokrótce wspomnieć także o: SLS, zapoczątkowanym przez Carla Deckarda spiekaniu sproszkowanych tworzyw sztucznych wiązką lasera – na bazie którego powstało później drukowanie 3D ze sproszkowanych metali; utwardzaniu żywic światłoutwardzalnych za pomocą światła emitowanego przez projektor DLP (pomysłodawca: Al Siblani), a także metodach MJP (Multi Jet Printing) i PolyJet specjalistów firm 3D Systems i Objet, polegających na natryskiwaniu żywic światłoutwardzalnych (w podobny sposób jak drukarki atramentowe atrament na papier) i utwardzeniu ich światłem UV. W 1993 roku naukowcy Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali technologię druku 3D z proszku gipsowego, który w następnych latach zaczął być dodatkowo pokrywany kolorem. Nazwę druku 3D (3DP – 3D Printing) wymyślił lider zespołu Emanuel „Ely” M. Sachs, a z czasem przylgnęła ona do wszystkich technik przyrostowych znanych światu. 

Wstrząs w branży drukowania przestrzennego (technologii przyrostowej/addatywnej/generatywnej) przynosi końcówka lat 90. ubiegłego wieku oraz początek nowego milenium:

  • 1999 rok – hodowla komórek na rusztowaniach z drukarki 3D,
  • 2000 rok – Z–CORP wprowadza drukarkę 3D do druku w kolorze,
  • 2001 rok – pierwsza biurkowa drukarka 3D firmy SOLIDIMENSION,
  • 2005 rok – początek projektu REPRAP – maszyn samoreplikujących,
  • 2008 rok – pierwsza proteza wydrukowana na drukarce 3D,
  • 2013 rok – Cody Wilson drukuje broń palną,
  • 2014 rok – powstaje pierwszy druk z betonu: dom z drukarki 3D; drukowanie 3D w kosmosie (ISS) – Made In Space; pierwsze tkanki wydrukowane 3D (komercyjnie),
  • 2015 – FDA akceptuje lek wydrukowany w technologii addytywnej; CLIP – nowa, szybka technologia druku 3D; VOXEL8 – druk 3D obwodów elektrycznych (materiał ze srebrem).

Jak działa drukarka 3D?

Jak wspomnieliśmy wcześniej, drukowanie 3D polega na wytwarzaniu fizycznego obiektu przez nanoszenie kolejnych warstw materiału. Wymaga 4 kluczowych elementów:

  • trójwymiarowego modelu komputerowego,
  • programu do obróbki modelu, czyli tzw. slicera,
  • maszyny, czyli drukarki 3D,
  • materiału do druku (np. plastikowej żyłki, żywicy czy proszku – w zależności od technologii).

Aby zatem coś wydrukować, potrzebujemy najpierw cyfrowego modelu 3D danego obiektu, który ma zostać stworzony. Taki model zaprojektować można w programach modelujących w 3D (CAD – Projektowanie wspomagane komputerowo, ang. computer aided design) lub wspomóc się skanerem 3D, mogącym zeskanować rzecz, którą chce się wydrukować. Jest wiele programów do tworzenia takich plików, m.in. Solidworks, Blender, Tinkercard itd. Plik cyfrowy dokładnie „instruuje” drukarkę, jak „budować” przedmiot 3D. Robi to, dzieląc każdą rzecz na warstwy i szczegółowo opisując wymiary każdej z nich.

Gdy już mamy gotowy plik cyfrowy, wgrywamy go do drukarki 3D. Musi ona precyzyjnie skopiować każdą warstwę opisaną w pliku, a zatem musi mieć wystarczająco dużo wolnej i czystej przestrzeni, aby zbudować daną rzecz. Większość drukarek umieszczona jest więc w kontenerze lub komorze do pracy, a przy okazji maszyny te posiadają bardzo różne technologie. Zazwyczaj wykorzystują dysze lub lasery, układające materiał, a następnie utwardzające każdą warstwę – niezwykle ważne jest więc ich dokładne skalibrowanie.

Ogólna zasada działania drukarki 3D opiera się o warstwy, ułożone jedna na drugiej. Każda drukarka 3D posiada zatem elementy ruchome, które pozwolą na wydrukowanie kolejnej warstwy na poprzedniej. Każda z warstw ma swoją niewielką wysokość – im mniejsza jest ona, tym wydruk jest gładszy, a rozdzielczość wydruku – większa. Krótko mówiąc: wysokość warstwy wpływa na gładkość wydrukowanych powierzchni oraz fakt czy wydruk będzie ładnie się prezentował. Jakość zależy również od zastosowanego materiału, który nazywa się filamentem. Filament to najczęściej „żyłka” sprzedawana na szpuli. Popularnymi materiałami do druku 3D są: tworzywa termoplastyczne, czyli plastiki, żywice, metale.

Rodzaje druku 3D

Dostępnych jest wiele metod wytwarzania addytywnego, które możemy określić mianem druku 3D. Są one od siebie różne, oferują inne możliwości i mają odrębne dziedziny stosowania. Ogólnie ujmując, druk 3D można podzielić ze względu na: oferowaną dokładność, materiał, z którego budowane są detale, sposób nakładania materiału (naświetlanie, wyciskanie, stapianie), szybkość wykonywania elementów.

Wyróżniamy 6 głównych rodzajów technologii druku 3D:

FDM – druk 3D z termoplastów (zazwyczaj ABS czy PLA) wyciskanych przez dysze,

SLA, DLP, PolyJet / MJP, inne – żywice światłoutwardzalne (fotopolimer utwardzany światłem UV),

CJP – druk 3D w pełnym kolorze z proszku gipsowego,

SLS, MJF – druk 3D ze sproszkowanych tworzyw sztucznych,

SLM, DMP, DMLS, EBM – druk 3D ze sproszkowanych metali,

LOM – druk 3D z folii lub papieru.

Jest jeszcze kategoria „inne” i do niej w zasadzie zaliczyć można całą masę metod wytwórczych, których twórcy w dość naciągany sposób próbują wykorzystać drukowanie przestrzenne:

  • biodrukowanie 3D, wywodzące się z bioplotowania, czyli zautomatyzowanego sposobu nakładania / zakraplania materiału biologicznego (lub hydrożelowego),
  • drukowanie 3D z betonu (drukowanie 3D domów), czyli nakładanie mas budowlanych techniką zbliżoną do FDM, będącą de facto zautomatyzowaną techniką nakładania betonu z pompy,
  • druk 3D żywności, gdzie masy żywieniowe nakładane są na podobnej zasadzie jak hydrożele w biodrukowaniu 3D, czy masy budowlane budujące w ten sposób obiekty przestrzenne (dotąd nie znaleziono jeszcze przydatnego zastosowania tej metody w życiu codziennym).

Materiały stosowane w druku 3D

W domowych drukarkach 3D używa się głównie tworzyw sztucznych, takich jak:

  • PLA, ABS, PVA, nylon, Laywood (materiał drewnopodobny, kompozyt plastiku i drewna), Laybrick (kompozyt plastiku i gipsu).

Drukarki przemysłowe oraz mniej typowe modele drukarek 3D mogą używać również innych materiałów, między innymi:

  • żywic,
  • gumy,
  • metalu,
  • betonu,
  • piasku,
  • papieru,
  • lodu,
  • cukru,
  • czekolady.

Trwają prace nad możliwością druku 3D z grafenu.

W pełni kolorowe modele można uzyskać dzięki technologii CJP (ColorJet Printing), w której materiał proszkowy – oprócz tego, że jest spajany lepiszczem – jest barwiony tuszami CMYK.

Jeśli chodzi o bardziej szczegółową klasyfikację materiałów, jakie wybrać można do drukowania przestrzennego, podział kształtuje się następująco:

MATERIAŁY PLASTIKOWE:
  • plastik ABS (wysoka wytrzymałość, średnia elastyczność, średnia dokładność)

– przykładowe zastosowanie: modele w pełni funkcjonalne, zderzaki samochodowe, kaski motocyklowe, instrumenty muzyczne, klocki lego

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału), PJ (fotoutwardzanie, PolyJet), SLA (stereolitografia)

  • plastik BendLay (wysoka wytrzymałość, wysoka elastyczność)

– przykładowe zastosowanie: wytwarzanie opakowań spożywczych (naczynia, butelki), medycyna

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

  • plastik kopoliester XT (wysoka wytrzymałość, wysoka dokładność)

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

  • nylon (wysoka wytrzymałość, średnia elastyczność)

– przykładowe zastosowanie: tkaniny, liny, żyłki, panewki łożysk, koła zębate

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału), SLS (selektywne spiekanie laserem)

  • tworzywo termoplastyczne PC – poliwęglan (wysoka wytrzymałość, niska elastyczność)

– przykładowe zastosowanie: motoryzacja, lotnictwo, medycyna

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

  • plastik PLA (średnia wytrzymałość, niska elastyczność, wysoka dokładność)

– przykładowe zastosowanie: szybkie i ozdobne wydruki

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału), SLS (selektywne spiekanie laserem)

  • plastik rozpuszczalny w wodzie PVA – polialkohol winylowy

– przykładowe zastosowanie: podpory wymyślnych modeli

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

MATERIAŁY METALOWE:
  • kobalt – chrom (wysoka wytrzymałość)

– technologie wykorzystujące materiał: DMLS (spiekanie metalu laserem), EBM (topienie wiązką elektronów)

  • stal nierdzewna (wysoka wytrzymałość, niska elastyczność, średnia dokładność)

– przykładowe zastosowanie: biżuteria, części zamienne, części funkcjonalne

– technologie wykorzystujące materiał: DMLS (spiekanie metalu laserem), UAM (łączenie falami dźwiękowymi)

  • srebro (wysoka wytrzymałość, średnia elastyczność, średnia dokładność)

– przykładowe zastosowanie: biżuteria, elementy ozdobne

– technologie wykorzystujące materiał: SLA (stereolitografia), UAM (łączenie falami dźwiękowymi)

MATERIAŁY ŻYWICZNE:
  • żywica (średnia wytrzymałość, średnia dokładność)

– przykładowe zastosowanie: modele o ograniczonej funkcjonalności; małe, szczegółowe części

– technologie wykorzystujące materiał: DLP (światłoutwardzanie), PJ (fotoutwardzanie, PolyJet), SLA (stereolitografia)

  • żywica Spot-GP (średnia wytrzymałość)

– technologie wykorzystujące materiał: DLP (światłoutwardzanie)

  • żywica Spot-HT (wysoka wytrzymałość, średnia elastyczność)

– technologie wykorzystujące materiał: DLP (światłoutwardzanie)

  • żywica wysokiej jakości (wysoka wytrzymałość, średnia elastyczność, wysoka dokładność)

– przykładowe zastosowanie: ozdobne przedmioty, zastosowania mechaniczne (jeśli obciążenie przedmiotu nie jest zbyt duże), prototypowanie nowych projektów, tworzenie produktów końcowych

– technologie wykorzystujące materiał: SLA (stereolitografia)

  • żywica transparentna (średnia dokładność)

– przykładowe zastosowanie: modele, które wymagają przezroczystego wyglądu, części zamienne, modele prototypowe

– technologie wykorzystujące materiał: SLA (stereolitografia)

MATERIAŁY SZKLANE:
  • TGlase (wysoka wytrzymałość, niska elastyczność)

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

MATERIAŁY GUMOPODOBNE:
  • plastik NinjaFlex (wysoka wytrzymałość, wysoka elastyczność, wysoka dokładność)

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

MATERIAŁY DREWNOPODOBNE:
  • materiał drewnopodobny LayWood (średnia wytrzymałość, średnia elastyczność)

– przykładowe zastosowanie: modele architektoniczne, dekoracje, elementy mebli

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

INNE MATERIAŁY:
  • ceramika (niska wytrzymałość, niska elastyczność, niska dokładność)

– przykładowe zastosowanie: zastawa stołowa (kubki, misy, talerze, podstawki), świeczniki, płytki

– technologie wykorzystujące materiał: 3DP (zespalanie materiału proszkowego), CJP (zespalanie materiału proszkowego), SLS (selektywne spiekanie laserem)

  • wosk (niska wytrzymałość, wysoka dokładność)

– technologie wykorzystujące materiał: 3DP (zespalanie materiału proszkowego), SLA (stereolitografia)

  • czekolada (niska wytrzymałość, niska elastyczność)

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

  • materiał piaskowcopodobny LayBrick (średnia wytrzymałość, niska elastyczność)

– przykładowe zastosowanie: modele architektoniczne

– technologie wykorzystujące materiał: FDM (łączenie stopionego materiału)

Rodzaje przedmiotów, które można wytworzyć za pomocą drukarek 3D i ich zastosowania

Możliwości wykorzystania drukarek przestrzennych w głównej mierze zależą od: metody wytwarzania produktu, wykorzystywanych materiałów, kubatury urządzenia. 

Przy stosowaniu metody FDM, na to jakie materiały można wykorzystać wpływają: budowa wytłaczarki oraz temperatura do jakiej może się rozgrzać. W innych metodach – w których przedmiot jest cały czas zawieszony w innej substancji (jak: w SLA, selektywnym spiekaniu laserowym oraz Binder jetting) – ograniczeniem jest to, że nie można tworzyć zamkniętych przestrzeni z pustym wnętrzem. Na precyzję wykonania wpływa z kolei dokładność pozycjonowania elementów sterujących oraz sam materiał, z jakiego wykonywany jest przedmiot.

Co można tworzyć, posiadając drukarkę 3D?

  • gotowe produkty z tworzywa sztucznego,
  • produkty wymagające dalszej obróbki (szczególnie w FDM konieczne może być przycięcie łączników i kolumienek oraz wygładzenie powierzchni),
  • inne przedmioty z topliwych materiałów, w tym z metalu czy czekolady,
  • elementy innych przedmiotów, w tym: akcesoria i części zamienne do urządzeń RTV, AGD,
  • prototypy i inne produkty koncepcyjne,
  • formy do wykonania właściwych elementów lub prototypów,
  • personalizowane gadżety, takie jak obudowy na telefon, designerska biżuteria, breloczki, przedmioty codziennego użytku, miniaturowe figurki klientów,
  • w ograniczonej formie także różnego rodzaju tkanki,
  • domy.

W jakich dziedzinach znajdują swoje zastosowanie drukarki 3D?

  • architektura,
  • medycyna,
  • stomatologia, implantologia, protetyka,
  • motoryzacja,
  • lotnictwo,
  • prototypowanie,
  • nauka,
  • inżynieria,
  • produkcja,
  • przemysł.

Wady oraz zalety stosowania druku 3D

Wydruk 3D ma wiele zastosowań w codziennym życiu, dlatego sporo się mówi na temat jego funkcjonalności. Coraz częściej decydują się na niego zarówno firmy, jak i klienci indywidualni. Poszerza on horyzonty i przekracza bariery. Postrzegany jest jako najlepsza, najszybsza i tania produkcja niskoseryjna.

Jego ZALETY to przede wszystkim:

  • szybkość (umożliwia szybkie stworzenie modelu lub prototypu, co pomaga inżynierom, projektantom i firmom wizualizować oraz w krótkim czasie otrzymywać opinie na temat produktu),
  • mniejsze koszty (dzięki użytym materiałom koszty druku oraz wykonania prototypu są niskie; jeden model można drukować wiele razy, więc czas projektowania, produkcji i odpady ulegają zmniejszeniu),
  • możliwość tworzenia najbardziej skomplikowanych geometrii i niestandardowych modeli (tą technologią są już produkowane buty na żądanie, które można dopasować wedle swojego uznania),
  • produkcja masowa (drukarki wyposażone w sieć WiFi pozwalają na stworzenie tzw. farmy drukarek, złożonej z większej ilości urządzeń połączonych przez sieć, które masowo drukują drobne elementy w dużej ilości lub każda drukarka 3D drukuje mniejsze elementy większego projektu, które następnie są łączone).

Równocześnie drukowanie przestrzenne ma też WADY:

  • jakość wykonania modelu (na tę chwilę nie jest ona w stanie równać się z formowaniem wtryskowym, odlewnictwem, frezowaniem CNC czy toczeniem),
  • długość produkcji wysokich wolumenów (przy produkcji kilku czy kilkudziesięciu detali przewaga jest po stronie druku 3D, ale już przy setkach, tysiącach czy milionach sztuk lepsze są jednak inne, bardziej tradycyjne metody wytwórcze).

Drukowanie przyrostowe to zbiór technologii rozwijanych od wielu lat, a obecnie wchodzi w bardziej dojrzałą fazę i znajduje coraz szersze zastosowanie. Może usprawnić produkcję krótkoseryjną czy „na żądanie”, a także pomoże zredukować koszty magazynowania i transportu.

Drukarnie 3D oraz producenci 3D coraz intensywniej pracują też nad poprawą swoich rozwiązań w zakresie druku 3D wielkogabarytowego. Wynika to z dużego potencjału tej metody dla odbiorców takich jak przemysł czy agencje reklamowe, poszukujące możliwości wytwarzania unikatowych, dużych obiektów. Wszystko przed nami…

Rozwój nowych technologii jest tak dynamiczny i intensywny, że szturmem zdobywają one nowe rynki oraz zainteresowanie odbiorców. Warto wykorzystać te szanse. Z Giełdą Branży Laserowej LASERTRADE jest to jeszcze prostsze niż dotychczas. Zgromadziliśmy w jednym miejscu wszystkie innowacyjne technologie i wierzymy, że będzie to z korzyścią dla Firm, które oferują swoje usługi, jak i dla Zlecających. Zapraszamy do korzystania z formularzy zgłoszeniowych, zarówno jeśli chcecie zostać naszym Partnerem, jak i zlecić wykonanie danej usługi. Czekamy na Was!

Gotowy na szybkie cięcie?

My tak!

Cięcie laserem