Drukowanie 3D
CZYM JEST RP - Rapid Prototyping?
RP - Rapid Prototyping - błyskawiczne wykonywanie prototypów jest popularną nazwą rodziny różnych związanych technik, stosowanych do wytwarzania fizycznych modeli bezpośrednio z rysunków komputerowych CAD.
Metody te wykorzystują addytywność do łączenia materiałów, takich jak proszki czy arkusze, w celu tworzenia obiektów fizycznych. Warstwa po warstwie, techniką RP nakłada się tworzywo, papier, ceramikę, metal lub kompozyty różnych materiałów, według kolejnych przekrojów poziomych modelu komputerowego. Współczesne technologie przyrostowe (dokładanie materiału) wykazują wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi technikami, w których występuje usuwanie nadmiaru materiału - np. toczenie czy frezowanie:
- obiekty mogą być tworzone pomimo skomplikowanej geometrii oraz złożoności, bez konieczności opracowywania specjalnej technologii obróbki czy montażu końcowego
- systemy błyskawicznego wykonania prototypów redukują konstrukcję złożonych obiektów do procesów jasnych, sterownych, prostych i jednocześnie relatywnie szybkich
Cechy te wywołują szerokie zainteresowanie inżynierów poprzez to, że redukowany jest czas od przygotowania do wprowadzenia prototypu na rynek. Jednocześnie dzięki tym technikom występują lepsze relacje pomiędzy twórcami - zrozumienie i przekazanie informacji na etapie tworzenia modelu pozwala na uniknięcie pomyłek. Chirurdzy, architekci, artyści oraz przedstawiciele wielu innych dyscyplin już dziś rutynowo stosują te techniki w swojej pracy. Dość często nazwy specyficznych procesów technologicznych są stosowane jako synonimy nazw całych dziedzin techniki. Wśród nich występują:
- SLA - stereolitografia (od nazwy aparatu)
- SLS - selektywne spiekanie laserowe
- FDM - modelowanie poprzez wytapianie i wytrącanie cząstek
- LOM - tworzenie poprzez nakładanie warstw (laminowanie)
- 3DP - drukowanie atramentowe trójwymiarowe
Każda z wymienionych metod wyróżnia się określonymi zaletami, ale także wadami czy niedoskonałościami.
Proces wydruku
Najpierw drukarka 3D rozprowadza cienką warstwę proszku. Następnie głowica atramentowa nanosi w odpowiednie miejsca środek lepiący. Miejsca te dla danego przekroju poprzecznego obiektu tworzą konstrukcję. Następnie tłok zespołu budowanego obiektu obniża się o grubość warstwy i proces powtarza się. W chwili zakończenia procesu drukowania przedmiot o strukturze zestalonej lepiszczem jest otoczony i wypełniony luźnym materiałem sproszkowanym. Po usunięciu proszku pozostaje gotowy przedmiot.
Jednym z producentów drukarek 3D jest firma Z Corporation, usytuowana w Burlington (MA). Rozwija, produkuje i oferuje jedne z najszybszych drukarek trójwymiarowych 3D. Maszyny te wytwarzają fizyczne obiekty szybko i tanio, bezpośrednio z opracowań komputerowych CAD lub innych zapisów cyfrowych.
Drukarki 3D firmy Z Corp. są stosowane przez różnych użytkowników, począwszy od producentów zabawek, chcących szybko wprowadzić produkt na rynek, po np. producentów wentylatorów, pragnących przetestować nowe opracowanie śmigła. Z Corp. dostarcza użytkownikom relatywnie prosty sprzęt drukowania warstwowego, zapewniający możliwość tworzenia prototypów opracowanych komputerowo CAD-3D. W porównaniu z innymi metodami, ta opracowana przez Z Corp. jest szybka, stosunkowo tania i mało pracochłonna. Przykładowo, wykonanie obudowy telefonu komórkowego poprzez przeniesienie rysunku komputerowego trwa mniej niż jedną godzinę i kosztuje poniżej 10 USD.
Użycie gotowego modelu, nowo opracowanego urządzenia, pozwala na szybkie poznanie reakcji rynku, łącznie z uwagami krytycznymi i dzięki temu ułatwia proces projektowania. Dzięki opracowanym prototypom Z Corp. potwierdza szybko akceptację poprzez rynek produktów, które jeszcze nie weszły w fazę pełnego procesu technologicznego. Eliminuje to błędy, które są nieuniknione na etapie wdrażania oraz umożliwia wprowadzenie nowości przed konkurencją.
Wybrane modele drukarek
Firma bezpośrednio oraz poprzez sieć dystrybutorów dostarcza swoje produkty szerokiej gamie producentów przemysłowych, wytwarzających zarówno dobra konsumpcyjne, jak i przeznaczone dla przemysłu zbrojeniowego, budowlanego, komunikacyjnego czy edukacyjnego. Już ponad 1300 użytkowników wykorzystuje sprzęt Z Corp., takich jak: Sony, Fisher-Price, Adidas, Canon, Kodak, Clorox, NASA, Lockheed Martin, Northrop Grumman, BMW, Porsche, United Technologies, Ford, Daimler Chrysler, Harvard, MIT i Yale, Politechnika Wrocławska - CAMT.
Jakie są podstawowe zalety ?
- Prędkość - system redukuje czas konieczny na wytworzenie prototypu do kilku godzin
- Koszty - niska cena stosowanych materiałów umożliwia wytworzenie większej ilości części i taniej w porównaniu z metodami konkurencyjnymi
- Wszechstronność - różnorodność materiałów stosowanych w procesie wytwarzania rozszerza znakomicie dziedziny zastosowań tej metody
- Kolor - drukowanie 3D głowicami, umożliwiającymi naniesienie 24-bitowej palety kolorów tworzy obiekty w pełni kolorowe
Materiały
Proszek zp130 (materiał wysokiej jakości):
- modele o dużej wytrzymałości
- elementy delikatne, cienkościenne
- wydruki kolorowe
- modele wymagające precyzyjnego odwzorowania detali
Proszek zp250 (materiał specjalny):
- dostępny dla wszystkich systemów drukowania
- elementy zatrzaskowe
- zespoły montowane z części
Proszek zp15e (materiał specjalny):
- dostępny dla wszystkich systemów drukowania
- elementy o cechach elastycznych
Proszek zp14 (materiał odlewniczy):
- wytwarzanie wzorów odlewów metodą traconego wosku
Proszek ZCast™ (materiał odlewniczy):
- dostępny dla wszystkich systemów drukowania
- tworzenie form i rdzeni piaskowych do wykonywania odlewów metali niskotopliwych (nieżelaznych)
- zapewnienie powstania trwałych form z dobrym wykończeniem powierzchniowym
Przykłady zastosowań
- Szybka wymiana uwag w grupie współpracujących twórców, korzystających z modeli 3D
- Błyskawiczne przeniesienie zmian w projektowanym prototypie z modelu CAD do rzeczywistego modelu 3D
- Wyposażenie handlowców oraz potencjalnych klientów w modele pokazowe
- Przeniesienie cyfrowej dokumentacji konstrukcyjnej w wyrób trójwymiarowy
- Ułatwiona komunikacja pomiędzy zespołami konstruktorów i lepsze zrozumienie projektu
- Tworzenie modeli rzeczywistych bezpośrednio z większości pakietów FEA przy użyciu plików VRML
- Tworzenie prototypów funkcjonalnych
- Tworzenie form oraz rdzeni do wykonywania odlewów bezpośrednich z metali nieżelaznych