Wytwarzanie addytywne (drukowanie 3D) – wpływ na projektowanie, szybszą produkcję i wykorzystanie nowych materiałów

Według wszelkiego prawdopodobieństwa drukowanie 3D zrewolucjonizuje proces produkcyjny, wprowadzając przemysł w nową erę wydajności.

Znaczne obniżenie cen drukarek i materiałów 3D umożliwiło mniejszym firmom dostęp do tej technologii, zarezerwowane dotychczas dla wielkich koncernów. Raport Wohlersa z 2014 roku przewiduje wzrost obrotów z 3,07 mld USD w 2013 r. do 12,8 mld USD w 2018 r. (a według raportu z 2016 r. przekroczy 5 mld USD w 2015 r.).

Oszczędność

Początkowo drukowanie przestrzenne reklamowano jako narzędzie do prac projektowych i konstruowania prototypów. Obecne postępy w nowoczesnej technologii pozwalają na tworzenie przedmiotów strukturalnie bezpiecznych, umożliwiając producentom korzystanie z drukarek 3D w szerszym zakresie niż projektowanie, a przy tym uzyskiwanie drastycznych oszczędności kosztowych.

Paul Doe, główny projektant producenta samochodów sportowych Prodrive, powiedział w wywiadzie dla Computer Weekly.com, „Jesteśmy w stanie tworzyć kształty, jakich nie da się formować, odlewać czy wykuwać – a można je uzyskać jedynie metodą wytwarzania przyrostowego. Pozwala nam to uniknąć kosztów stałych i nie ma konieczności magazynowania zapasów, ponieważ możemy produkować części na bieżące potrzeby.” Przy jednym z projektów technologia 3D umożliwiła nam zaoszczędzić 80 tys. GBP.

Z możliwości szybkiej produkcji skorzystały głównie bardzo wyspecjalizowane branże. Podczas, gdy wcześniej pojedyncze bardzo złożone części musiały czekać na realizację tygodniami, a nawet miesiącami, teraz można je wyprodukować na miejscu w firmie w ciągu paru godzin.

Technologia 3D do projektowania produktów ACCURIDE

Projektantom Accuride drukowanie 3D całkowicie zmieniło podejście do procesu rozwoju produktu. Względnie niski koszt wytwarzania części prototypowych pozwolił im na więcej eksperymentowania i testowania pomysłów przed sfinalizowaniem projektu. Niezaprzeczalnie ma to pozytywny wpływ na produkt końcowy i oczywiście na zadowolenie klienta, który korzysta z najlepszego możliwego rozwiązania.

Nowe możliwości zastosowania nowych materiałów

Nowe włókna daję większe możliwości wytwarzania przyrostowego, a przy obecnym poziomie rozwoju nawet podstawowe typy drukarek 3D są w stanie wytwarzać modele z metalu.

Włókna metaliczne zawierające plastik otwierają bardzo interesujące możliwości przed mniejszymi wytwórcami. Już teraz łatwo dostępne są włókna z miedzi i mosiądzu, a w przyszłości będzie również możliwe komercyjne drukowanie modeli 3D z włóknami z niklu, ceramiki, a nawet szkła.

Ostatnio firma 3M złożyła wniosek patentowy na nowy typ drukarek 3D wykorzystujących tworzywa sztuczne na bazie związków fluorowęglowych (fluoropolimerów), znajdujących bardzo szerokie zastosowanie - od przemysłu lotniczego, kosmicznego i zbrojeniowego po nieprzywierające powłoki naczyń kuchennych.

Przyszłość produkcji

Produkcja małoseryjna intensywnie korzysta z technologii wytwarzania przyrostowego, podczas gdy w produkcji wielkoseryjnej nie została jeszcze wprowadzona. Drukowanie 3D przynosi znaczną oszczędność kosztów i przyspieszenie cyklu produkcyjnego przy budowie podzespołów, narzędzi lub przyrządów obróbczych.

Niektóre z firm wyznaczających kierunki rozwoju w swoich branżach już stosują drukarki 3D, m.in. przedsiębiorstwa budowlane produkujące modułowe elementy konstrukcyjne, czy drony przeprowadzające inspekcje i nadzór placów budowy. Wymiary były poprzednio ograniczającym czynnikiem, ale ostatnio firma Stratasys przedstawiła urządzenie drukujące na płaszczyźnie poziomej, umożliwiające - jak twierdzi producent - druk części o praktycznie nieograniczonych wymiarach.

Firmy i fabryki na całym świecie wprowadzają przemysłowe wytwarzanie addytywne na kolejny poziom. Kluczowym celem przyświecającym prowadzonej przez uniwersytet w Sheffield fabryce 2050 jest rozwój produkcji przemysłowej wielkoseryjnej o krótkich cyklach i ograniczonym czasie przestojów.

2050 i podobne zakłady korzystają także z nowych standardów wspierających i i umożliwiających rozwój branży - ostatnio powstały normy ASTM International określające wymogi chemiczne i mechaniczne dla druku 3D stopów ze stali nierdzewnej.

Godnym uwagi jest fakt, że więksi producenci OEM, szczególnie w branży motoryzacyjnej, przejmują inicjatywę w badaniach i inwestycjach w tę technologię.

Nowo powstała firma w branży drukarek 3D firma Carbon zaangażowała jako inwestorów strategicznych GE, BMW, Nikon. BMW już wyprodukowała 10 tys. części przy użyciu urządzeń Carbon, głównie dla swoich modeli Mini w Niemczech.

Peugeot ogłosił współpracę z Divergent 3D, amerykańską firmą, która w zeszłym roku zaprezentowała super auto zbudowane z elementów strukturalnych wydrukowanych metodą 3D. Francuski producent samochodów zapowiedział, że najpierw zastosuje technologię firmy Divergent do budowy prototypów, a następnie zbada możliwości rozszerzenia jej na regularną produkcję.

Honda korzystała z drukarek 3D do wytwarzania zewnętrznych paneli kompaktowego pojazdu elektrycznego (EV) MC-Β, a Ford ogłosił, że poważnie rozważa m.in. zastosowanie tej metody przy produkcji oprzyrządowania.

Będąc świadkami przełomu w branży, w której możliwości są nieograniczone, zadajemy sobie pytanie, czy wytwarzanie addytywne jest w stanie zastąpić proces produkcyjny w znanej nam postaci? Obecnie wydaje się to nieprawdopodobne ze względu na czasu potrzebny do drukowania każdej części. Jednak przy szybkości, z jaką zachodzą zmiany w tej technologii, nie możemy przymykać oczu na jej potencjalny wpływ.

Dodatkowy materiał z Nikkei Technology, EPPM, Financial Times