Najpoznatije područje primjene 3D printanja je izrada prototipova. No, koja još područja postoje? PRODUKTION je sažeo najvažnije primjene.
3D printanje nije jednako prikladno za sve primjene. Procesi aditivne proizvodnje posebno su prikladni u područjima gdje su potrebne male količine, visok stupanj prilagodbe ili posebno komplicirane geometrije. S druge strane, u standardiziranoj masovnoj proizvodnji često su prikladniji konvencionalni proizvodni procesi.
Unatoč tome, postoji ogroman broj industrija u kojima je aditivna proizvodnja uzbudljiva alternativa konvencionalnim procesima. “Vidimo ogroman potencijal u zdravstvu, zrakoplovstvu, obrani, transportu i automobilskoj industriji, kao i u specijaliziranim proizvodnjama i prototipnim primjenama poput izrade nakita”, kaže Rajeev Kulkarni, potpredsjednik strategije u proizvođaču 3D printera 3D Systems.
“U svakom od tih područja, naš fokus je pružiti potpune radne procese koji se sastoje od softvera, materijala, hardvera i usluga usmjerenih na specifične primjene unutar tih segmenata.”
Kod drugog proizvođača 3D printera, Stratasys, moguća područja primjene podijeljena su na područja dizajna, inženjeringa i proizvodnje. “U području dizajna, riječ je o pitanju: Kako mogu izraditi prototipove koji su funkcionalni i mogu mi pokazati funkcionalnost? To služi optimizaciji krajnjeg proizvoda”, objašnjava Andreas Langfeld, predsjednik EMEA Stratasys. “Inženjering se odnosi na izradu alata ili pričvrsnica. A proizvodnja se odnosi na proizvodnju dijelova koji se potom stvarno koriste. Primjerice, Airbus A320 sadrži dijelove izrađene 3D printanjem.”
Najčešća područja primjene industrijskog 3D printanja
No, na kojim područjima se najčešće koristi aditivna proizvodnja? Claus Aumund-Kopp, voditelj grupe Aditivna proizvodnja u Odjelu za tehnologiju praha pri Fraunhofer IFAM, izvještava: “U industriji – kao i u mnogim malim i srednjim poduzećima – izgradnja prototipova i pomagala i dalje je najvažnija kada je riječ o broju korištenih 3D printera. Na području proizvodnje komponenata ili poluproizvoda, aditivna proizvodnja posebno dominira u prilagodbi komponenata ili u proizvodnji komponenata optimiziranih za topologiju u malim serijama.”
Najčešća područja primjene tehnologije 3D printanja koja ćemo vam predstaviti u ovom članku su:
- izrada prototipova,
- proizvodnja pomagala i alata,
- proizvodnja komponenata s kompleksnim geometrijama,
- lagana konstrukcija,
- individualizacija proizvoda,
- aditivna proizvodnja u malim serijama,
- te popravak ili proizvodnja rezervnih dijelova.
Izrada prototipova pomoću 3D printera
Izrada prototipova je izvorno područje primjene za 3D printanje, a iz ovog okruženja razvila se u uspostavljeni proizvodni proces kakav je danas.
I izrada prototipova i dalje je najčešće područje primjene: U istraživanju tvrtke Sculpteo, 68 posto ispitanih izjavilo je da koristi aditivnu proizvodnju za izradu prototipova; međutim, samo 49 posto koristi 3D printanje za opću proizvodnju, a samo 13 posto za masovnu proizvodnju.
Razlog tome su prednosti koje 3D printanje donosi u proizvodnji prototipova. Činjenica da se većina procesa brze izrade prototipova može povezati s aditivnom proizvodnjom pokazuje najvažniju prednost: stvaranje je puno brže nego kod konvencionalnih procesa. To također ubrzava razvoj novih proizvoda.
Koliko će brže postati izrada prototipova upotrebom 3D printera? Na primjer, tvrtka 3D Systems tvrdi da je stvaranje 15 puta brže nego s drugim metodama, a Stratasys tvrdi da se ideje mogu ostvariti u nekoliko sati umjesto u nekoliko dana. To je zato što se prototipovi sami mogu proizvesti brže, što znači da se u isto vrijeme može razmotriti mnogo više iteracija proizvoda. To znači da je krajnji proizvod spreman brže i možda čak i bolji.
Talijanski proizvođač električnih pumpi Pedrollo pruža dobar primjer toga: kako bi ubrzao svoj ciklus dizajna, tvrtka je uložila u 3D pisač ProJet 6000 SLA od tvrtke 3D Systems. “Prije nego što smo počeli s 3D printanjem, bilo je potrebno puno vremena za stvaranje prototipa, s četiri do pet mjeseci između faze dizajna i dostupnosti konačnog modela”, kaže Pedrollo u priči korisnika tvrtke 3D Systems. Uvođenje aditivne proizvodnje odmah je smanjilo vrijeme potrebno za izradu prototipova za petinu, a zatim se moglo smanjiti na manje od 24 sata.
Aditivna proizvodnja pomagala i alata
Osim brze izrade prototipova, još jedno područje je brza izrada alata, odnosno izrada alata i pomoćnih sredstava za proizvodnju. Prema Sculpteo istraživanju, otprilike 26 posto tvrtki koje koriste aditivnu proizvodnju koriste je za ispisivanje alata. I ovdje je brza proizvodnja jedna od prednosti.
Na primjer, Mawe Presstec, proizvođač metalnih pričvrsnica i alata, smanjio je vrijeme proizvodnje pojedinih komponenata do 50 posto koristeći 3D pisač Stratasys F170. “Aditivna proizvodnja naših alata i uređaja s F170 smanjila je vrijeme potrebno za proizvodnju komponenata i optimizirala cijeli razvojni proces naše proizvodnje”, izvještava izvršni direktor Marco Werling. “Istovremeno, povećava fleksibilnost, a individualne prilagodbe mogu se bolje izvršiti.”
Osim toga, u ovom slučaju također je promijenjen materijal. Umjesto metala, sada se koristi termoplastični materijal ABS. To je zato što metalni uređaji koji dolaze u kontakt s poliranim metalnim proizvodima često ogrebu površine. ABS materijal, s druge strane, nudi poseban omjer mekoće i čvrstoće, omogućavajući uređajima da izdrže pritisak stroja, ali imaju glatke površine koje ne ogrebu.
Činjenica da generativni procesi nude potpuno drugačije opcije dizajna u odnosu na subtraktivne procese također je plus za 3D printanje u izradi alata. To znači, na primjer, da se alati ili kalupi mogu stvarati s konformalnim hlađenjem. To znači da se toplina može odvoditi u procesu proizvodnje upravo tamo gdje se generira.
Marc Dimter iz tvrtke Trumpf, koji je odgovoran menadžer industrije za izradu alata i kalupa, zna zašto je to posebno moguće s aditivnom proizvodnjom: “Posebno kod kompleksnih oblika, ne možemo dosegnuti sva relevantna mjesta bušilicom jer ne možemo bušiti oko ugla”, objašnjava. “3D printer, s druge strane, gradi kalup slojevima. To omogućuje hlađenje kanala koji idu gotovo paralelno s zidom alata.” Najveća prednost toga je što se vrijeme ciklusa može smanjiti jer se alat brže hladi. Osim toga, u mnogim slučajevima kvaliteta se povećava jer se komponente manje deformiraju. Nadalje, brže hlađenje kod injekcijskog i lijevanja pod tlakom dovodi do homogenijih svojstava materijala, što povećava otpornost komponenata.
Generativna proizvodnja komponenata s kompleksnim geometrijama
Kao što pokazuje konformalno hlađenje u alatima, 3D printanje je idealno za komponente s kompleksnim geometrijama. To je zbog slobode dizajna koju pružaju aditivni procesi. (Više možete pročitati o tome kako različiti procesi aditivne proizvodnje rade i njihovim prednostima u članku “Ovo su najvažniji procesi aditivne proizvodnje“.) 3D printanje omogućuje trodimenzionalne strukture s šupljinama i izbočinama koje nisu moguće konvencionalnim obradama ili lijevanjem ili bi bile moguće samo uz vrlo visoke troškove. Ukratko: Sve što se može dizajnirati pomoću 3D CAD programa može se isprintati.
Mogućnost stvaranja posebno složenih geometrija najčešće se navodi kao prednost u Sculpteo istraživanju: 66 posto korisnika 3D printanja navelo je ovu korist. Slijede brži koraci iteracije i smanjenje vremena izrade zbog brze izrade prototipova s 45 i 43 posto.
Jedan od mnogih primjera: SIS ubrizgivač tvrtke SMS Group. SIS ubrizgivač je složena komponenta u peći električnog luka i, u svojem konvencionalno proizvedenom stanju, sastojao se od 18 komponenata zavarenih zajedno. Može se aditivno proizvesti kao monolitna komponenta, čak i bez potpornih struktura. Stoga neki radni koraci više nisu potrebni. Osim toga, 3D printanje omogućilo je implementaciju optimiziranog protoka kanala i konformalnog hlađenja, što prije nije bilo moguće.
Još lakša konstrukcija zahvaljujući 3D printanju
Mogućnost uštede težine i stoga upotreba aditivne proizvodnje za lakše komponente povezana je, kao i prethodne dvije tačke, sa slobodom dizajna procesa. Glavna prednost aditivne tehnologije u lakoj konstrukciji jest mogućnost optimizacije topološke strukture, što znači da se materijal koristi samo tamo gdje je stvarno potreban.
Lakše komponente iz 3D pisača posebno su tražene u zrakoplovnoj industriji. Primjer tvrtke Liebherr-Aerospace pokazuje kako se komponente u toj industriji mogu značajno poboljšati korištenjem generativnih procesa proizvodnje.
Započet je projekt (u suradnji s Airbusom i istraživačkim timom Sveučilišta Chemnitz), čiji je cilj bio zamijeniti konvencionalnu komponentu primarnog sustava upravljanja letom – visokopritisni hidraulični blok – aditivno proizvedenom komponentom. Osim toga, komponenta ne bi trebala samo biti isprintana, već i postati lakša, ekološki učinkovitija i resursno učinkovitija.
Stoga je razvijen novi dizajn i nova lančana reakcija procesa. Sada se ventilski blokovi printaju na EOS strojevima pomoću posebnog titanijevog legura. Novi aditivno proizvedeni ventilski blok nudi istu izvedbu kao i konvencionalna komponenta, ali je 35 posto lakša i sastoji se od manje pojedinačnih dijelova.
“Opća prednost aditivne proizvodnje može biti ta da se ista komponenta može proizvesti s manjom težinom i manjim brojem pojedinačnih dijelova”, kaže Alexander Altmann, vodeći inženjer aditivne proizvodnje u odjelu istraživanja i razvoja tvrtke Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH. “Ali točno to nama u Liebherr-Aerospaceu ima značaja.” Komponenta, koja je proizvedena postupkom 3D printanja, sada je uspješno prošla prvi testni let u zrakoplovu Airbus A380.
Prilagodba postaje ekonomičnija uz aditivnu proizvodnju
Prema Future Instituteu, individualizacija je jedan od pet najvažnijih megatrendova za tvrtke u 2020-ima, i dobar je razlog osloniti se na 3D printanje. Za razliku od većine konvencionalnih procesa, kod 3D printanja nema razlike je li u konstrukcijskom ciklusu proizvedeno 100 identičnih ili 100 pojedinačnih dijelova.
Mogućnost prilagodbe proizvoda zanimljiva je u većini industrija. Tema je posebno uzbudljiva u medicinskoj tehnologiji. Ovdje se pacijentima može bolje pomoći korištenjem individualno prilagođenih proizvoda u području dentalnih ili implantoloških rješenja. Ili se mogu izgraditi modeli specifični za pacijenta kako bi se mogle vježbati operacije i time ih skratiti. To se može učiniti ekonomično samo kroz aditivnu proizvodnju.
Na primjer, dentalne proteze mogu se isprintati, što laboratorijima štedi puno posla. Osim toga, proteze bolje odgovaraju, kako izvještava korisnik proizvoda za aditivnu proizvodnju tvrtke Renishaw u medicinskoj primjeni. Egan Denal Laboratory u Yorkshireu, Engleska, prije je ručno izrađivao krunice i mostove; samo stvaranje lijevanog okvira dentalnom tehničaru oduzimalo je dva sata. “Novi proces zahtijeva samo 40 minuta ručnog rada, manje od polovice onoga što je konvencionalni lijevani postupak zahtijevao”, izjavio je glasnogovornik tvrtke Egan za Renishaw. Osim ogromnih ušteda vremena, laboratorij sada može proizvoditi proteze koje su lakše, jače i fleksibilnije od ručno lijevanih proteza.
Učinkovito printanje malih serija
Iako upotreba 3D printanja u velikim serijama rijetko ima smisla (kako potvrđuje Claus Aumund-Kopp iz Fraunhofer IFAM u ovom članku), aditivna proizvodnja definitivno ima potencijala za male serije. Prednosti koje proizlaze zahvaljujući upotrebi 3D pisača su – kao i u većini drugih područja primjene – ušteda vremena i smanjenje troškova.
Prije nekog vremena, prvi pilotski sustav za aditivnu proizvodnju ušao je u serijsku proizvodnju u Premium Aerotecu, što dokazuje ove prednosti. Više informacija o sustavu i projektu NextGenAM kojem pripada možete pronaći u ovom članku:
Upotreba 3D printanja za popravke i rezervne dijelove
Kada nešto treba biti popravljeno, često su potrebni rezervni dijelovi, a upravljanje rezervnim dijelovima često je vrlo kompleksno. Često postoje dugi vremenski rokovi, troškovi logistike mogu biti visoki, a zbog minimalnih količina za kupnju često se mora nabaviti više rezervnih dijelova nego što je potrebno. Aditivna proizvodnja može pružiti rješenje u mnogim slučajevima. To znači da se rezervni dijelovi mogu proizvesti samo pomoću 3D printera kada su potrebni. To također štedi troškove skladištenja, jer umjesto skladištenja, proizvodnja se obavlja kada i gdje je potrebno.
Jedan primjer je popravak vlakova u tvrtki Deutsche Bahn. Ova mobilna tvrtka printa rezervne dijelove od metala i plastike – od metalnih dijelova od vitalnog značaja poput poklopaca ležajeva osovina do poklopaca zaštite od prašine za kočione sustave do vješalica za kapute u putničkim vagonima. Počelo je s pomenutom vješalicom 2015. godine, a od tada je Deutsche Bahn već proizvela više od 10.000 rezervnih dijelova pomoću 3D printanja.
Prije svega, aditivna proizvodnja štedi vrijeme u usporedbi s konvencionalnom proizvodnjom. “Na ovaj način možemo osigurati bolju opskrbu rezervnim dijelovima i brže vratiti vozila našim putnicima”, objašnjava Stefanie Brickwede, voditeljica projekta za 3D printanje u Deutsche Bahn. “Posebno je riječ o dijelovima koji imaju dugi rok isporuke ili koji uopće više ne bi bili dostupni.”
Također se mogu uštedjeti materijali i troškovi. I postoji još jedna prednost: rezervni dijelovi se ne mogu samo rekreirati, već ih se može i poboljšati.
Članak „ Areas of application: What the industry often uses 3D printing for “, autorke Julia Dusold , preveden je sa portala Produktion.
. . .
Čitajte i Centar za napredne tehnologije, vjetar u leđa mladim istraživačima
