Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Postęp technologiczny produkcji przyrostowej 3D

-- piątek, 22 wrzesień 2017

Rozwój technologii druku 3D powoduje, że jest ona coraz bardziej zaawansowana i coraz bardziej dostępna dla różnych branż. Zasadniczy krok naprzód w obszarze aplikacji dla produkcji przyrostowej poczyniły: przemysł samochodowy, lotniczy i medyczny, zaś sam druk 3D rozwija się również jako element edukacji inżynierskiej.

Na Międzynarodowych Targach Technologii Produkcji (IMTS) w Chicago w 2014 r. z części wykonanych za pomocą druku 3D stworzono samochód. Wzbudziło to duże zainteresowanie uczestników imprezy – zaintrygowały ich nie tylko końcowy rezultat, ale też zastosowane maszyny i technologie sterowania ruchem oraz umożliwiający to wszystko postęp w obszarze materiałoznawstwa. Sam pojazd wykonano z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym, zaś koła i kołpaki wydrukowano przy zastosowaniu technologii bezpośredniej obróbki metalu.

Proces „wydrukowania” tego auta trwał 44 godziny i objął czterdzieści części. Po jego zakończeniu przeprowadzono jazdę próbną, szeroko komentowaną przez wielu dziennikarzy.

Od tego czasu drukowanie 3D, albo produkcja przyrostowa (addytywna), znalazło się już w centrum uwagi środowisk przemysłowych – postęp technologiczny i ulepszenia w tej dziedzinie przyciągają uwagę projektantów, producentów i szkół technicznych.

Mikrofabryki samochodów

Na wspomnianych targach do stworzenia samochodu metodą druku 3D wykorzystano system produkcji addytywnej na dużym obszarze (Big Area Additive Manufacturing – BAAM), zaproponowany przez firmę Cincinnati Inc. Jego cechą jest wykorzystywanie przestrzeni roboczej o maksymalnych wymiarach 2,4 × 6 × 2 m oraz maszyny do produkcji przyrostowej, z zastosowaniem jako podstawy ramy montażowej, napędów i układów sterujących systemami cięcia laserowego. BAAM jest napędzany silnikiem liniowym. Warstwa po warstwie wytłacza się gorące tworzywo termoplastyczne, produkując części z prędkościami od 200 do 500 razy większymi niż te zapewniane przez wiele maszyn do produkcji addytywnej.

Być może w przyszłości powszechne staną się mikrofabryki branży automotive, wytwarzające w technologii druku 3D samochody mogące jeździć po zwykłych drogach i autostradach, wysokiej klasy auta terenowo-użytkowe (SUV) oraz małe pojazdy miejskie. Jedna z firm, która zakupiła system BAAM, planuje otwarcie w ciągu następnych dziesięciu lat stu tego rodzaju mikrozakładów na całym świecie. Produkcja będzie odbywała się w fabrykach o powierzchni ok. 3500 m2, z których każdy będzie w stanie osiągnąć wydajność na poziomie do 250 pojazdów rocznie. Klienci będą je odwiedzać, aby projektować swoje samochody, składać zamówienie i dokonywać wpłaty.

3D w przemyśle lotniczym i medycznym

Zgodnie z raportem agencji analitycznej IDTechEx, drukowanie 3D w metalu jest najszybciej rozwijającym się segmentem w przemyśle. Według zaprezentowanych danych wartość sprzedaży wzrosła w tej branży aż o 50%, zaś sprzedaż materiałów o 30%. Gałęzie przemysłowe wytwarzające drogie produkty w małych ilościach – zwłaszcza takie, jak przemysł lotniczy i medyczny – wykorzystują obecnie zalety technologii drukowania 3D ze względu na dużą szybkość produkcji. Obydwie te branże inwestują w wytwarzanie stopów takich metali, jak kobalt, nikiel i aluminium, aby zapewnić różnorodność i wielofunkcyjność wyrobów.

Niedawno dwie firmy z branży lotniczej, tworzące konsorcjum CFM International – amerykańska GE Aviation i francuska Safran Aircraft Engines (Snecma) – opracowały silnik LEAP-1A dla europejskiego konsorcjum Airbus. Jest to model turbowentylatorowy, wykorzystujący dysze wyprodukowane w technologii druku 3D z nadstopu oraz budowane od podstaw łopaty wentylatorów, wyplatane z kompozytów węglowych. W silniku znajdują się także elementy wykonane z lekkich i odpornych na wysoką temperaturę kompozytów z matrycą ceramiczną (CMC). Wynikiem tych prac i zastosowanych technologii jest model zużywający mniej paliwa i o znacząco zredukowanej emisji dwutlenku węgla.

W przemyśle medycznym drukowanie 3D wykorzystuje się w aplikacjach statycznych, takich jak produkcja implantów ortopedycznych. Technologia 3D jest ponadto stosowana do tworzenia modeli zębów, kości, złożonych struktur organizmu, a nawet ludzkiego serca. Modele te są przeznaczone do pomocy lekarzom przy skomplikowanych zabiegach, zapewniając im taki obraz, jaki nie jest dostępny poprzez skan tomografii komputerowej. Są ponadto użyteczne w edukacji, oferując lekarzom coś „namacalnego”, z czym mogą pracować i eksperymentować, zamiast obcowania tylko z abstrakcyjnymi pojęciami i wizualizacjami.

Zainteresowanie branży przemysłowej

Ponieważ drukowanie 3D staje się coraz bardziej opłacalne, rośnie zainteresowanie producentów potencjalnymi korzyściami wynikającymi z zastosowania tej technologii.

Przykładowo, firmy Siemens i Hewlett Packard poszukują rozwiązań technologicznych, które pozwolą na łatwe przejście od etapu wykonywania prototypów i modeli, do pełnego, komercyjnego wykorzystania 3D w produkcji – tworzenia funkcjonalnych części, wytwarzanych z wielu materiałów, w różnych kolorach. Ich celem jest opracowanie metod sterowania wydrukiem, obejmujących również charakterystykę wykorzystywanych materiałów, pozwalających na kształtowanie pojedynczych wokseli (ang. voxel, odpowiednik piksela w przestrzeni 3D).

– Technologia produkcji przyrostowej spowoduje rewolucję przemysłową w branży produkcyjnej, pozwalając firmom na wykorzystanie drukowania 3D do rozwinięcia maksymalnej kreatywności i innowacji w proponowaniu coraz to lepszych wyrobów – powiedział Chuck Grindstaff, prezes i dyrektor naczelny firmy Siemens PLM Software.

Firma Sciaky Inc, należąca do korporacji Phillips Service Industries (PSI), opracowała metodę IRISS, czyli międzywarstwowy system obrazowania i wykrywania w czasie rzeczywistym (Interlayer Real-time Imaging and Sensing System) – do drukowania 3D w metalu. Przeznaczeniem IRISS jest ciągłe sterowanie procesem drukowania 3D elementów metalowych na dużą skalę, przy zachowaniu odpowiedniej geometrii i właściwości mechanicznych produkowanych części oraz mikrostruktury i składu chemicznego użytych metali. W technologii tej monitorowany jest w czasie rzeczywistym proces nakładania warstw metalu oraz wykonywane są korekty parametrów procesu technologicznego, aby skompensować zmiany w trakcie produkcji. Systemy EBAM firmy Sciaky są przeznaczone do produkcji części o długości od 203 mm do blisko 6 m, z możliwością modyfikacji tych wymiarów, w zależności od przeznaczenia części.

Robot do celów edukacyjnych

Wyobraźmy sobie robota, który umie grać np. w „Simon Says” (grę dla dzieci), odpowiada na rozkazy, a nawet robi sobie selfie. Właśnie tego rodzaju maszynę pokazano w ub. roku w Centrum i Muzeum Nauki, czyli Liberty Science Center (LSC), w Jersey (stan New Jersey, USA). Interaktywny robot SARA (Stevens Artistic Robot Animatron) potrafi to wszystko i nawet więcej. Może przemieszczać się, obracać, podnosić różne przedmioty oraz poruszać palcami. Wyposażono go w górną część naśladującą wygląd ciała człowieka, wydrukowaną w technologii 3D. Stworzyli go studenci prywatnej wyższej szkoły technicznej Stevens Institute of

Technology w Hoboken (stan New Jersey).

– Wielu z naszych gości to gimnazjaliści i licealiści, niewiele młodsi od studentów uczelni Stevensa – zauważa prezes i dyrektor naczelny LSC, Paul Hoffman. – Obserwowanie, jak inspirujące były dla nich spotkania z projektantami robota, dzielącymi się wynikami swojej pracy, było dla nas niesamowite.

W stworzeniu robota SARA korzystano z projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), w oparciu o prace francuskiego projektanta Gaela Langevina i jego otwartego projektu InMoov. Około stu komponentów – w tym stawy, kości i inne części mechaniczne – wydrukowano z polichlorku winylu (PVC).

– Mamy nadzieję, że pomysłowość projektantów tej maszyny zainspiruje część młodych ludzi do zainteresowania się nauką i techniką – przyznał dyrektor laboratorium produkcji obiektów prototypowych na uczelni Stevensa, prof. Kishore Pochiraju, koordynujący ekspozycję w Liberty Science Center. – Może przyczyni się do tego, że ich dalsza edukacja i kariera zawodowa pójdą w tym właśnie kierunku.

Przyszłość 3D

Przed nami dalszy postęp dotyczący technologii druku 3D i bazującej na nim produkcji przyrostowej. Biorąc pod uwagę najnowsze inwestycje i uwagę, jaką wiele firm poświęca tej technologii – zarówno na poziomie przemysłowym, jak i edukacyjnym, można być pewnym postępu w dziedzinie wytwarzania części metodą druku 3D. Czekają nas zapewne efektowne pokazy produkcji przyrostowej – być może również następnych modeli samochodów lub innych środków transportu. Jakie będą kolejne kroki w rozwoju technologii, która zawiera w sobie duży potencjał zmiany procesów produkcji?

Autor: Chris Vavra jest redaktorem pracującym dla CFE Media.

Tekst pochodzi z nr 5/2017 magazynu "Control Engineering". Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Podobne artykuły

Przeczytaj także

NIDays 2017, czyli w laboratorium innowacji
Jak co roku polski oddział firmy National Instruments – wiodącej światowej firmy z rynku automatyki przemysłowej – zaprosił swoich klientów, partnerów, integratorów systemów i menedżerów na... więcej »
Cała branża w jednym miejscu – podsumowanie Targów 4INSULATION i EFE
Czołowi producenci z Polski i przedstawiciele zagranicznych firm z branży izolacyjnej i energetycznej, dystrybutorzy, konstruktorzy, monterzy, konserwatorzy instalacji oraz młodzi adepci tych... więcej »
Wywiad: roboty do 2020 roku zabiorą 5 mln miejsc pracy na świecie
Integracja sieci i systemów celów koncepcji standardu Przemysłu 4.0
Integracja systemów z wykorzystaniem technologii chmury czyni pracę w sieci na poziomie produkcji łatwiejszą i bezpieczniejszą, zarówno na skutek zintegrowania funkcji zarządzania i systemów w... więcej »
TOOLEX 2017 – jubileuszowy sukces
10. edycja Międzynarodowych Targów  Obrabiarek, Narzędzi i Technologii Obróbki TOOLEX, jak przystało na jubilata, wypadła okazale. Doceniane przez specjalistów i wysoko oceniane pod względem... więcej »
Zalety i wady współczesnych metod rozruchu silników elektrycznych
Najbardziej rozpowszechnionymi rodzajami silników elektrycznych są obecnie modele indukcyjne niskiego i średniego napięcia. Dzieje się tak z powodu ich dostępności, prostej i solidnej... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Virtual EXPO - Wirtualne Targi Pracy
2017-10-24 - 2017-10-26
Miejsce: Online
Targi RENEXPO® Poland
2017-10-25 - 2017-10-27
Miejsce: Warszawa
Lubelskie Targi Energetyczne ENERGETICS
2017-11-14 - 2017-11-16
Miejsce: Lublin
Fabryka Roku 2017
2017-11-23 - 2017-11-23
Miejsce: Warszawa

Katalog

Comau Poland Sp. z o.o.
Comau Poland Sp. z o.o.
Turyńska 100
43-100 Tychy
tel. +48 502 185 687

NACHI EUROPE GmbH
NACHI EUROPE GmbH
Bischofstrasse 99
D-47809 Krefeld, Niemcy
tel. +48-502 49 52 89

ASTOR Sp. z o.o.
ASTOR Sp. z o.o.
Smoleńsk 29
31-112 Kraków
tel. 12 428 63 00

ABB Sp. z o.o.
ABB Sp. z o.o.
Żegańska 1
04-713 Warszawa
tel. 32 79 09 222

zobacz wszystkie




SONDA


tak
nie
nie wiem


Wydania specjalne


Profesjonalne Tłumaczenia Techniczne
O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce