W dobie cyfryzacji procesów produkcji dynamicznie rośnie zainteresowanie drukiem 3D. Każdego roku opracowywane są różnego rodzaju materiały, które można w tej technologii wykorzystać, co w konsekwencji coraz bardziej poszerza obszar jej zastosowania. W zasadzie każda branża może czerpać korzyści z druku przestrzennego, który oprócz szybkiego prototypowania używany jest z powodzeniem do wytwarzania funkcjonalnych części oraz wspomagania produkcji.
W niniejszym raporcie omówimy obecną sytuację polskiego rynku druku 3D, a także przyjrzymy się m.in. korzyściom wynikającym z zastosowania tej technologii, głównym kryteriom mającym wpływ na wybór drukarki oraz technologiom i materiałom najczęściej wybieranym przez klientów. Przedstawimy również prognozy dotyczące najbliższej przyszłości.
Nie tylko prototypowanie
Jak wyjaśnia Maciej Patrzałek, CEO w firmie SondaSys, cała branża, choć w różnym stopniu, korzysta z technologii przyrostowych. Najpopularniejsze jest prototypowanie, gdzie weryfikowane są geometria i założenia projektowe produktu jeszcze przed rozpoczęciem masowej produkcji. Drugą drogą są modele imitacyjne. Wydrukowanie modelu imitacyjnego pozwala na zaprezentowanie go szerokiej publiczności na czas (np. podczas targów, konferencji itd.) bez konieczności przyspieszania produkcji seryjnej (co bywa niezwykle kosztowne lub wręcz niemożliwe). Trzecia droga to wykonywanie narzędzi produkcyjnych. Coraz częściej wytwarzane są elementy stosowane na liniach produkcyjnych, takie jak obudowy, zaślepki, podstawki pozycjonujące, zgarniacze, przymiary itp. Są one wykonywane z tworzyw sztucznych o podwyższonej odporności na uszkodzenia mechaniczne czy działanie środków chemicznych, farb, silikonów, olejów, smarów itp.
Również w opinii Adama Kozubowicza, prezesa zarządu w firmie get3D, w zasadzie w każdej branży można znaleźć zastosowanie dla druku 3D. Dobrym przykładem są tutaj wszelkiego rodzaju linie produkcyjne – przy czym zupełnie nie jest istotne, co konkretnie produkujemy – na każdej z nich można znaleźć co najmniej kilkanaście elementów, które się zużywają, są niezbyt ergonomicznie zaprojektowane, czy też wymagają dostosowania do określonych potrzeb. Z pomocą może wówczas przyjść druk 3D, który pozwala na szybkie tworzenie idealnie dopasowanych elementów linii, części zamiennych czy usprawnień, bez potrzeby korzystania z usług firm zewnętrznych.
Jak podkreśla Andrzej Burgs, CEO w firmie Sygnis New Technologies, druk 3D jest najczęściej wykorzystywany w branżach automotive i aerospace. Korzystają z niego również działy produkcji krótkoseryjnej i utrzymania ruchu. W przypadku tych ostatnich potrzeba implementacji technologii addytywnych jest uzasadniona rosnącymi wymogami technicznymi. Przywiązanie do norm i standaryzacji procesu przestają mieć rację bytu w przypadku, gdy inżynierowie produkcji muszą się mierzyć z szybkim przestawieniem produkcji i unikaniem przestojów w pracy maszyn.
Według Adama Kozubowicza utrzymanie ruchu to jedna z dziedzin, dla której druk 3D może się okazać kluczowy. Możliwość szybkiego odtworzenia na miejscu w zakładzie potrzebnej części zamiennej jest nieoceniona. Już teraz wiele firm światowych częściowo likwiduje magazyny części i przechodzi na dostarczanie do swoich zakładów gotowych bibliotek z modelami, które można lokalnie wyprodukować w razie potrzeby. Częściowo, bo jeszcze nie da się wydrukować wszystkiego.
Takie rozwiązanie ma wiele zalet. Jak wyjaśnia Maciej Patrzałek z firmy SondaSys, jeśli da się coś wytworzyć na miejscu – część serwisową czy inny potrzebny element – to oczywiście nie tracimy pieniędzy związanych z przestojem produkcji. Coraz więcej firm na świecie buduje własne wirtualne biblioteki, by w razie potrzeby móc wytworzyć na urządzeniu przyrostowym potrzebny element. Skraca to czas czekania na część albo ogranicza koszty magazynowania.
Z przeprowadzonej ankiety redakcyjnej wynika, że 58% respondentów największe zastosowanie technologii druku 3D w swoim zakładzie dostrzega w szybkim prototypowaniu. 35% ankietowanych wskazało na wytwarzanie funkcjonalnych części, a pozostałe osoby – na wspomaganie produkcji i kontrolę jakości (rys. 1). Również zdaniem dostawców głównym celem użytkowników drukarek 3D jest szybkie prototypowanie (54%), wytwarzanie funkcjonalnych części (36%) oraz wspomaganie produkcji i kontrola jakości (10%).
Za i przeciw
Jak pokazano na rys. 2, możliwość wytwarzania części o dużym stopniu skomplikowania geometrycznego została uznana przez większość (75%) ankietowanych użytkowników za główną zaletę drukarek 3D. Innymi korzyściami wynikającymi z zastosowania technologii druku 3D są, zdaniem użytkowników, prostota procesu wytwarzania (48%), krótki czas produkcji (36%) oraz brak kosztów początkowych (18%). Natomiast w opinii sondowanych dostawców największą zaletą korzystania z drukarki 3D jest krótki czas produkcji. Tego zdania jest 80% osób. Za inne korzyści ze stosowania tego rozwiązania zostały uznane m.in.: możliwość przetestowania detalu przed wprowadzeniem do produkcji, optymalizacja łańcucha dostaw, poprawa jakości produktu oraz zwiększenie konkurencyjności.
Z zastosowaniem druku 3D wiąże się, bez wątpienia, wiele korzyści. Czy wobec tego rozwiązanie to ma jakieś wady? Według Macieja Patrzałka z firmy SondaSys jedyną „wadą” są koszty nabycia drukarki 3D. Próg wejścia jest wysoki – jest to suma rzędu kilkuset tysięcy euro za jedno urządzenie. Do tego dochodzą konieczne szkolenia, które wymagają czasu; należy wydelegować pracowników, którzy zajmą się obsługą urządzenia – wszystko to generuje konkretne koszty.
Uczestników badania zapytaliśmy, czy na co dzień korzystają w swoich zakładach z druku 3D. 40% osób odpowiedziało, że dysponują własną drukarką 3D. 30% ankietowanych nie korzysta z tego rozwiązania, ale zamierza w najbliższym czasie to zmienić. 20% respondentów przyznało, że czasami korzysta z firm usługowych w tym zakresie, natomiast co dziesiąty uczestnik badania nie widzi zastosowania dla tej technologii w swojej firmie.
Co druga sondowana osoba deklaruje, że głównymi czynnikami stojącymi na przeszkodzie we wprowadzeniu technologii drukowania przestrzennego w ich firmie są: zbyt uboga paleta dostępnych materiałów oraz niewystarczające powierzchnie pola roboczego drukarek 3D (50%), a także mała precyzja wydruków (20%).
Produkcja masowa vs druk 3D
Według Macieja Patrzałka z firmy SondaSys druk 3D nie zagraża tzw. masówce. Światowy wolumen produkcji masowej zaczyna się kurczyć – mimo że cena tak wytwarzanych dóbr pozostaje bezkonkurencyjna, konsumenci szukają coraz częściej produktów personalizowanych i wyjątkowych. W przemyśle i produkcji natomiast następuje kalkulacja i liczenie opłacalności produkcji masowej. Coraz częściej w tych obszarach zamiast składować i magazynować wyprodukowane elementy czy części zamienne, wytwarza się ich tylko tyle, ile realnie potrzeba.
Również zdaniem Adama Kozubowicza z firmy get3D druk 3D nie zagraża produkcji masowej. W dłuższej perspektywie czasowej będzie to raczej technologia dalece wspomagająca produkcję masową oraz umożliwiająca produkcję mocno spersonalizowanych produktów, których wytwarzanie metodami standardowymi jest nieopłacalne. Aczkolwiek postęp technologiczny i materiałowy jest tak szybki, że to, co jeszcze dwa–trzy lata temu wydawało się mrzonką, teraz jest już możliwe, a za kolejne dwa–trzy lata może być standardem.
Małe zaufanie i niska świadomość
Zdaniem większości użytkowników głównym czynnikiem hamującym rozwój technologii druku 3D w Polsce jest małe zaufanie do technologii (62%). W opinii użytkowników spowolnienie rynku spowodowane jest także ograniczeniami technologicznymi, takimi jak gabaryty, jakość powierzchni oraz materiały (50%), a także niską świadomością na temat możliwości druku 3D (25%).
Natomiast co do typowań dostawców za nadrzędny czynnik hamujący rozwój druku 3D w Polsce została uznana przez wszystkich ankietowanych niska świadomość potencjału drzemiącego w tej technologii (92%) oraz małe zaufanie do niej (46%).
Jakość to podstawa
Zdaniem użytkowników lub potencjalnych nabywców drukarek 3D najważniejszymi kryteriami mającymi wpływ na decyzję zakupową są: jakość wydruku (75%), możliwość druku różnymi filamentami (72%), łatwość obsługi (50%), cena drukarki (48%), obszar roboczy (44%), profesjonalna obsługa klienta (38%), serwis gwarancyjny i pogwarancyjny (32%), autokalibracja oraz grzany stolik (30%), a także zabudowanie drukarki (18%) oraz liczba głowic (12%).
Z kolei w opinii dostawców głównym kryterium, którym kierują się klienci podczas zakupu drukarki 3D, jest przede wszystkim cena urządzenia (85%). Na drugim miejscu znalazła się jakość wydruku (70% ), możliwość druku różnymi filamentami (46%), a na trzecim – łatwość obsługi (38%).
Jak wyjaśnia Bartłomiej Jarkiewicz, dyrektor zarządzający w firmie MTT Polska, drukarka 3D nie różni się znacznie od innych maszyn CNC, dlatego rozważając zakup maszyny, należy patrzeć na komponenty, z jakich się składa, i jak oceniana jest obsługa posprzedażowa. Często droższa w zakupie maszyna ma lepsze komponenty i w dłuższym terminie odwdzięczy nam się nie tylko stabilniejszą pracą i pewnymi rezultatami pracy, ale i niższym całkowitym kosztem utrzymania.
Różnorodność materiałów
Jeśli chodzi o materiały wykorzystywane w aplikacjach przemysłowych, to – jak tłumaczy Adam Kozubowicz z firmy get3D – są one bardzo różne: począwszy od standardowego i najprostszego ABS czy PLA, poprzez wszelkiego rodzaju modyfikowany nylon, poliwęglan, polipropylen i inne. W ciągu ostatniego roku nastąpił bardzo szybki rozwój w tej dziedzinie i obecnie dostępne są już materiały stricte przemysłowe o bardzo wysokiej wytrzymałości mechanicznej, elastyczności czy odporności na temperaturę.
Z odpowiedzi użytkowników wynika, że przy wykonywaniu modeli w technologii druku 3D najczęściej wykorzystywane są następujące materiały: plastiki ABS, PLA (78%), poliamid (46%) oraz fotopolimery (15%). Również dostawcy są zdania, że klienci najchętniej sięgają po: plastiki ABS, PLA (86%), poliamid (68) oraz fotopolimery (15%).
Popularne technologie
Co do technologii druku 3D zdaniem sondowanych użytkowników najwięcej zalet mają przede wszystkim: FDM (Fused Deposition Modeling) – 48%, SLA/MJP (Stereolithography Apparatus/MultiJet Printing) – 36%, SLS (Selective Laser Sintering) – 30% oraz DMLP/MLP (20%).
Technologia FDM została umiejscowiona na pierwszej pozycji również przez ankietowanych dostawców – aż 98% uczestników badania uznało ją za najkorzystniejszą. Zgodnie z typowaniami dostawców w dalszej kolejności pojawiły się m.in.: SLS (38%) oraz SLA/MJP (30%).
Jeśli chodzi o najpopularniejsze technologie, to zdaniem Adama Kozubowicza z firmy get3D każda z nich ma zarówno zalety, jak i wady. Ogólnie rzecz ujmując, FDM (druk z materiałów termoplastycznych) to szybkie, proste i najtańsze rozwiązanie, którego ograniczeniem są dostępne materiały i czas druku. Z kolei SLS (druk z utwardzanych proszków) cechuje się lepszymi jakościowo wydrukami, ale dużo uboższym portfolio dostępnych materiałów, mniejszymi gabarytami niż przy FDM, wyższą ceną oraz koniecznością stosowania post-processingu. Natomiast cechami SLA (druk z utwardzanych żywic) są: lepsze jakościowo wydruki, stosunkowo szerokie portfolio materiałów, nieduże gabaryty, wyższa cena oraz konieczność stosowania post-processingu.
Profesjonalnie czy półprofesjonalnie?
W opinii Adama Kozubowicza z firmy get3D profesjonalne drukarki 3D, przeznaczone do zastosowań przemysłowych, różnią się tym od drukarek półprofesjonalnych, czym różni się wiertarka z supermarketu od profesjonalnego narzędzia – przede wszystkim jakością, ergonomią, trwałością i możliwościami. W przypadku profesjonalnego druku 3D w zasadzie nie kupujemy po prostu drukarki 3D. Inwestujemy w kompletne rozwiązanie – sprzęt, dopasowane materiały, oprogramowanie sterujące, profile drukowania itd. Wszystko po to, abyśmy mogli skupić się na zastosowaniu, a nie na walce z narzędziem.
Mówiąc o różnicach między drukarkami profesjonalnymi a półprofesjonalnymi, Maciej Patrzałek z firmy SondaSys zwraca uwagę przede wszystkim na materiały, na których pracują te urządzenia. W przemysłowych aplikacjach są to głównie proszki poliamidowe i metalowe oraz żywice. Najważniejszymi faktorami do określenia, z jakim urządzeniem mamy do czynienia, są dostępne materiały robocze, a także precyzja wydruków, minimalna grubość ścianek, grubość warstwy czy wielkość pola roboczego.
Outsourcing druku 3D
Ponieważ jedną z głównych zalet druku 3D jest możliwość produkcji skomplikowanych elementów na miejscu, to – jak zauważa Adam Kozubowicz z firmy get3D – outsourcing jest więc niejako zaprzeczeniem samej idei. Jednak trzeba przyznać, że wszystko zależy od konkretnego przypadku. Na pewno nie ma sensu zakup specjalizowanej drukarki 3D do metalu, jeśli potrzebujemy kilkunastu, nawet wysoce skomplikowanych, elementów rocznie – tutaj outsourcing jest jak najbardziej wskazany. Natomiast jeśli tych różnych elementów będzie kilkadziesiąt czy kilkaset, to warto już rozważyć opcję inwestycji we własny sprzęt.
Zdaniem Piotra Banackiego, dyrektora sprzedaży CEE w firmie Materialise NV, outsourcing w zakresie produkcji w technologii addytywnej ma w Polsce zdecydowane uzasadnienie. Dla wielu przedsiębiorstw zakup drukarki przemysłowej o wartości kilkuset tysięcy złotych to ciągle znacząca inwestycja. Czysty rachunek ekonomiczny wskazuje na to, że zakup drukarki przemysłowej może być uzasadniony wówczas, gdy będzie ona stale pracowała, przyczyniając się do odpowiedniego poziomu ROI.
Dla zapewnienia ciągłości pracy wymagana jest szeroka i zaawansowana wiedza o ciągle rozwijającej się sferze materiałów i ich aplikacjach. Także ogromne znaczenie ma dynamiczny rozwój oprogramowania sterującego maszynami oraz pozwalającego odpowiednio przygotowywać detale do druku. To dodatkowe inwestycje, które należy wziąć pod uwagę. Ze względu na dynamiczny rozwój technologii addytywnych inwestycje w drukarki charakteryzują się bardzo krótkim okresem amortyzacji. Stąd nierzadko inwestycja staje się tylko kosztem, nie generując odpowiedniego poziomu ROI. Z uwagi na to bardzo rozsądnym rozwiązaniem jest zlecanie usług druku 3D poddostawcom specjalizującym się w swojej dziedzinie.
Polski rynek
W opinii Piotra Banackiego z firmy Materialise NV w Polsce rynek druku 3D ukształtowany jest przez ograniczoną liczbę firm oferujących maszyny produkcyjne i świadczących usługi wydruku oraz przez względnie dużą liczbę przedsiębiorstw wykorzystujących w ograniczonym zakresie technologię addytywną do tworzenia detali i części. Niewątpliwie wartość rynku z roku na rok wzrasta, co można zaobserwować na bazie realizowanych obrotów w Polsce. Jest to stabilny wzrost, a jego dynamika uzależniona jest od stopnia zaufania, jakim obdarzają technologię addytywną inżynierowie w działach utrzymania ruchu, rozwoju czy inżynierii procesu produkcyjnego.
Jak podkreśla Piotr Banacki, oceniając sytuację polskiego rynku druku 3D na tle rynków zagranicznych, a w szczególności rynku Europy Zachodniej, należy spojrzeć na kontekst historyczny. Niewątpliwie poziom zastosowania druku 3D w przemyśle w Polsce znajduje się na niższym poziomie, niż ma to miejsce w Europie Zachodniej. Można to poniekąd tłumaczyć poziomem innowacyjności oraz wydatków na badania i rozwój. Brakuje ciągłości i tradycji w rozwijaniu produktów znanych na skalę globalną, stąd też technologie szybkiego prototypowania nie zawsze były nam tak potrzebne, jak miało to miejsce np. w Niemczech, Francji czy krajach skandynawskich. Druk 3D miał szansę wcześniej zakorzenić się w przemyśle, dostarczając rozwiązań nieosiągalnych dla tradycyjnych technologii, i to nie tylko w zakresie prototypowania, ale także produkcji seryjnej. W Polsce druk 3D zaznacza swoją obecność w przemyśle tak naprawdę od kilku lat, co ma wpływ na wartość rynku i dynamikę wzrostu.
Zdaniem Jacka Krzyżanowskiego, Key Account Managera w firmie Omni3D, rynek krajowy został już nasycony maszynami desktopowymi. Teraz ma szansę rozwijać się w kierunku maszyn przemysłowych, spełniających nieustannie rosnące oczekiwania klientów. Widoczny jest rozwój rynku w stronę wysoko wytrzymałych materiałów, które po wydruku mogą zastąpić metal, oraz materiałów odpornych na wysokie temperatury, dostępnych tylko dla przemysłowych maszyn. Polskie firmy zaczynają dostrzegać konieczność zwiększających się wymagań, co niewątpliwie sprzyja rozwojowi rynku i podwyższa konkurencyjność. Firmy zdają sobie sprawę, że muszą dokonać kolejnego skoku technologicznego, a jednym z tych narzędzi jest przemysłowa drukarka 3D.
Według Macieja Patrzałka z firmy SondaSys są dwa najważniejsze czynniki sprzyjające rozwojowi rynku drukarek 3D: wymagania klienta końcowego i generowanie zysku akcjonariuszy. Klienci oczekują coraz to nowszych produktów i chcą je mieć już – a prototypowanie z wykorzystaniem druku 3D skraca czas wprowadzenia produktu nawet o 50–70%. Akcjonariusze chcą, by ich zyski rosły, a jest to możliwe dzięki skracaniu czasu i zmniejszaniu kosztów produkcji. By zrealizować te oczekiwania, zarządzający produkcją oczekują od dostawców urządzeń przyrostowych takich maszyn, które dadzą najlepsze korzyści z możliwych.
Nie ma powodów do narzekań
Jeśli chodzi o całościową ocenę polskiego rynku druku 3D, to – jak pokazano na rys. 3, w porównaniu z okresem wcześniejszym (2–3 lata wstecz) obecna sytuacja panująca w tej branży została oceniona przez dostawców jako dobra (84% ) lub bardzo dobra (16%).
88% sondowanych dostawców jest przekonanych, że w ciągu najbliższych 2–3 lat wzrośnie sprzedaż drukarek 3D. Reszta respondentów przewiduje, że ich sprzedaż zmaleje (12%). Negatywne nastroje panujące wśród dostawców są spowodowane m.in. przeświadczeniem o nasyceniu rynku. Istotnym czynnikiem jest też brak dotacji na zakup sprzętu, co powoduje, że mniej firm myśli o zakupie drukarki przemysłowej. Z kolei respondenci prognozujący zwiększenie sprzedaży drukarek 3D w Polsce powołują się m.in. na: rosnącą świadomość klientów na temat potencjału technologii przyrostowej, a co za tym idzie – coraz większą popularność druku przestrzennego, a także dostępność coraz lepszych i tańszych drukarek oraz poszerzającą się ofertę materiałów, zwiększającą możliwości i zastosowania drukarek 3D.
Na pytanie, czy w ciągu najbliższych 2–3 lat planowany jest w firmie zakup drukarki 3D, 30% ankietowanych zaznaczyło odpowiedź „tak”, 20% – „nie”, natomiast pozostałe 50% osób przyznało, że rozważa taką decyzję.
Z kolei na pytanie, w której fazie produkcji respondenci byliby skłonni zastosować druk 3D, 86% osób odpowiedziało, że w prototypach, 42% – w modelach pokazowych, a 23% – w gotowych produktach.
Trendy
Jak wyjaśnia Andrzej Burgs z firmy Sygnis New Technologies, najbardziej zauważalne zmiany na rynku druku 3D to przejście od sprzedaży i ulepszania maszyn do pracy nad wykorzystywanymi materiałami i oprogramowaniem. Rozwój tych sekcji branży jest co prawda mniej zauważalny dla klienta końcowego, niż kolejne ulepszenia maszyn (które wiążą się ze wzmożoną promocją), ale ma ogromny wpływ na użytkowanie, serwis i wydajność drukarek 3D.
Zdaniem Marcina Szymańskiego, Product Managera w firmie VSHAPER, wśród użytkowników systemów przyrostowych częstym wyzwaniem jest odpowiednie dobranie technologii, strategii wydruku oraz przygotowanie kodu maszynowego. Dlatego tak ważny jest tzw. trójnóg systemu. Obok maszyny i materiału potrzebne jest profesjonalne oprogramowanie komputerowe, dające możliwości zaprojektowania strategii wytwarzania części. Profesjonalne systemy komputerowe są również wyposażone w stale rosnącą bazę materiałową z wszystkimi parametrami przetwórczymi, co wspomaga proces projektowania.
Jak podkreśla Maciej Patrzałek z firmy SondaSys, coraz częściej mówi się o wprowadzeniu na rynek i do branży druku 3D tzw. inteligentnych materiałów. Chodzi tutaj głównie o tworzywa, które pod wpływem konkretnego czynnika (np. dźwięku, ciepła, środka chemicznego, wody, ciśnienienia itp.) zmieniają swoje właściwości lub zachowują się w ściśle przez nas określony sposób. Mówimy tutaj na przykład o tworzywie, które rozkurcza się pod wpływem działania butanu. Stosując tego typu rozwiązania w górnictwie, można by w znacznym stopniu wyeliminować ryzyko podziemnych wybuchów czy pożarów. Zastosowań inteligentnych materiałów jest wiele, problemem na obecną chwilę jest wytworzenie materiału i powtarzalność jego zachowań pod wpływem działania konkretnego czynnika.
W opinii Adama Kozubowicza z firmy get3D aktualne trendy i zmiany mają na celu głównie redukcję „wąskich gardeł” technologii druku 3D – skrócenie czasu drukowania, zwiększenie gabarytów drukowania, poprawę dokładności i oczywiście dalsze obniżenie kosztów. Również, jego zdaniem, ogromny postęp obserwowany jest w dziedzinie materiałowej – światowe koncerny chemiczne zauważyły już ten rynek i wprowadzają do sprzedaży coraz więcej nowoczesnych materiałów, dzięki którym wczorajsze „niemożliwe” staje się dzisiejszym „oczywiście, że tak”. Druk 3D prędzej czy później zadomowi się w przemyśle na dobre. I ci, którzy już teraz zaczynają z niego korzystać, za parę lat będą liderami rynku. Ogólnoświatowe dążenie do redukcji kosztów i produkcji lokalnej wymusza korzystanie z rozwiązań, które to umożliwiają – nie ma innego wyjścia, inaczej świat nam ucieknie i będzie bardzo trudno go dogonić.
Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej wśród czytelników magazynu Control Engineering Polska. Oprócz tego przy tworzeniu raportu bazowano na informacjach pochodzących od dostawców drukarek 3D. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.