Druk 3D, znany także jako produkcja addytywna, to proces wytwarzania trójwymiarowych obiektów poprzez dodawanie kolejnych warstw materiału na podstawie cyfrowego modelu. W kontekście Przemysłu 4.0, druk 3D umożliwia szybkie prototypowanie, personalizację produktów oraz produkcję skomplikowanych kształtów, które byłyby trudne lub niemożliwe do wykonania tradycyjnymi metodami. Dzięki tej technologii możliwe jest zmniejszenie ilości odpadów, obniżenie kosztów produkcji i skrócenie czasu realizacji.
Nawigator technologiczny
Druk 3D
Definicja
Podstawowe rodzaje
- Stereolitografia (SLA): Technologia wykorzystująca ciekłe żywice fotopolimerowe, które utwardzane są warstwa po warstwie za pomocą lasera UV.
- Modelowanie osadzania topionego (FDM): Popularna metoda, w której stopiony filament (np. PLA, ABS) jest osadzany warstwa po warstwie na platformie roboczej.
- Selektywne spiekanie laserowe (SLS): Technika wykorzystująca laser do spiekania proszku, zwykle polimerowego lub metalowego, w celu utworzenia warstw obiektu.
- Drukowanie z wykorzystaniem proszków metalicznych (SLM/DMLS): Proces tworzenia obiektów z metalu poprzez topienie proszków metalowych przy użyciu lasera.
Główne role
- branża automotive – prototypy, części zamienne, elementy pracujące dynamicznie, narzędzia wspomagające produkcję
- budownictwo – elementy wykończeniowe, całe budynki
- przemysł spożywczy – elementy wykończeniowe tortów, naleśniki, elementy z czekolady, pasty mięsne
- przemysł lotniczy – elementy konstrukcyjne, części zamienne
- przemysł energetyczny – elementy pracujące
- odlewnictwo – formy odlewnicze
- stomatologia – korony zębów, modele protez
- medycyna – bioprotezy, tkanki, narzędzia medyczne, implanty
- branża modowa – dodatki, biżuteria, buty, ubrania, akcesoria.
Powiązane technologie
Big Data
Analiza danych z procesów druku 3D umożliwia optymalizację ustawień maszyn, monitorowanie zużycia materiałów oraz poprawę jakości wydruków.
Internet Rzeczy
Drukarki 3D podłączone do sieci IoT mogą być monitorowane i kontrolowane zdalnie, co zwiększa efektywność produkcji.
Bliźniak cyfrowy
Cyfrowy model drukowanego obiektu może być używany do symulacji procesu produkcyjnego, co umożliwia testowanie różnych materiałów i geometrii przed przystąpieniem do fizycznego druku.
Automatyzacja
Drukarki 3D mogą być zintegrowane z liniami produkcyjnymi i automatyzowane, co umożliwia produkcję bez udziału człowieka.
Podstawowe elementy
- Głowica drukująca: Element odpowiedzialny za nakładanie materiału warstwa po warstwie. W zależności od technologii, głowica może być wyposażona w dyszę do stopionego filamentu (FDM) lub laser do utwardzania żywic (SLA) i proszków metalicznych (SLM/DMLS).
- Platforma robocza: Powierzchnia, na której budowany jest obiekt. Platforma może być podgrzewana, aby zapobiec odkształceniom i zapewnić lepszą adhezję pierwszych warstw materiału.
- System podawania materiału: Mechanizm, który dostarcza filament, żywicę lub proszek do głowicy drukującej. W drukarkach FDM jest to zazwyczaj system z rolkami, natomiast w drukarkach SLA i SLS materiał jest podawany z pojemnika lub tacy.
- Oprogramowanie do modelowania i slicingu: Oprogramowanie CAD pozwala na tworzenie cyfrowych modeli 3D, które są następnie przekształcane w plik do druku przez oprogramowanie typu slicer, dzielące model na warstwy i generujące ścieżkę dla głowicy drukującej.
- System chłodzenia i wentylacji: Komponenty odpowiedzialne za utrzymanie odpowiedniej temperatury drukarki i materiału, co ma wpływ na jakość druku i zapobiega przegrzaniu elementów.
- Kalibracja i systemy czujników: Systemy kalibracji zapewniają precyzyjne pozycjonowanie głowicy i platformy roboczej, a czujniki monitorują temperaturę, poziom materiału oraz inne parametry, aby zapewnić poprawność procesu drukowania.
Mechanizm działania
- Tworzenie modelu 3D: Obiekt jest projektowany za pomocą oprogramowania CAD i przekształcany w model cyfrowy, który następnie zostaje zapisany w formacie STL lub innym kompatybilnym z drukarką 3D.
- Slicing i generowanie ścieżki: Model jest dzielony na warstwy przez oprogramowanie slicer, które generuje instrukcje dla drukarki, określając ścieżki, po których ma się poruszać głowica drukująca.
- Podgrzewanie i przygotowanie materiału: W zależności od technologii, materiał (filament, żywica, proszek) jest przygotowywany do procesu druku poprzez podgrzanie do odpowiedniej temperatury lub odpowiednie przygotowanie w tacy.
- Nakładanie materiału: Drukarka nakłada materiał warstwa po warstwie zgodnie z instrukcjami wygenerowanymi przez oprogramowanie slicer. Każda warstwa jest nanoszona dokładnie na poprzednią, co pozwala na stopniowe tworzenie trójwymiarowego obiektu.
- Chłodzenie i utwardzanie: Każda warstwa materiału jest chłodzona lub utwardzana, aby zapobiec deformacjom i zapewnić trwałość struktury. W technologiach takich jak SLA i SLS proces ten odbywa się za pomocą lasera lub źródła UV.
- Post-processing: Po zakończeniu druku obiekt może wymagać dodatkowych czynności, takich jak usunięcie podpór, wygładzenie powierzchni, a także malowanie lub inne wykończenie powierzchni.
- Kontrola jakości: Obiekt jest sprawdzany pod kątem wymiarów, jakości wykończenia i ewentualnych wad, aby upewnić się, że spełnia wymagania projektowe.