3D-tiskanje premika meje mogočega

3D-tiskanje je prihodnost. Bomo kdaj dočakali 3D-tiskalnik v vsakem domu? Malo verjetno, a dejstvo je, da smo že na točki, ko je 3D-tiskanje strateškega pomena za številna, predvsem proizvodna podjetja.

3D-tiskanje, ki ga poslovna in predvsem proizvodna okolja naslavljajo kar kot aditivno oziroma dodajalno proizvodnjo, iz leta v leto dosega nove razsežnosti. Ta je v zadnjih treh desetletjih postala pomemben del proizvodnega okolja. Sprva predvsem za namene prototipiranja, zadnja leta pa tudi butične proizvodnje. A njeni cilji so še višji: dokazati se kot tehnologija, primerna za serijsko oziroma množično proizvodnjo. Njena vsestranskost in prilagodljivost vsekakor prinašata veliko dodane vrednosti podjetjem, zato ni pričakovati, da bo tudi v prihodnje izolirana od običajnih proizvodnih procesov. Ovire se počasi odstranjujejo in oba svetova se začenjata združevati, kar bo imelo zanimive posledice.

Aditivna proizvodnja oziroma 3D-tiskanje bo v letu 2023 doživela/-o nove mejnike. Področje, ki zadnje desetletje beleži kar 20-odstotno povprečno letno rast, se je šele dobro ogrelo in pripravlja svoj »tehnološki napad«.

Klasika ali novotarija?

Tehnologija nanašanja tankih slojev, iz katerih se razvije končni izdelek, ima že relativno dolgo brado. Od prvega patenta t. i. selektivnega laserskega sintranja (SLS) je minilo že skoraj 40 let,

tehnologija pa se je v tem času izkazala za izjemno prilagodljivo. Številne panoge industrije uporabljajo SLS kot cenovno dostopen in zanesljiv način tiskanja kompleksnih (pretežno plastičnih) sestavnih delov.

Medtem ko selektivno lasersko sintranje velja za uveljavljeno tehnologijo, se zadnja leta sooča z zanimivimi tekmeci. Rešitev podjetja HP, ki sliši na ime Multi Jet Fusion (MJF), predstavljena leta 2016, vse bolj pridobiva veljavo. Proizvajalci to tehnologijo uvajajo za nove projekte. Postopek 3D-tiskanja, ki ga opravlja tehnologija MJF, proizvajalce privlači predvsem z vidika potencialnih prihrankov – zlasti če gre za proizvodnja večjih serij izdelkov. V splošnem namreč velja, da je tehnologija MJF hitrejša pri 3D-tiskanju in še »odpadni« materiali se učinkoviteje reciklirajo.

Seveda tudi tehnologija SLS še vedno ohranja edinstvene prednosti, ki ji zagotavljajo dolgotrajno priljubljenost. Podpira rabo več »gradbenih« materialov in možnost izdelave fizično večjih izdelkov, ki so tudi natisnjeni natančneje.

Vse večji in hitrejši

Medtem ko številke 3D-tiskalnikov v podjetjih rastejo, raste tudi velikost samih 3D-tiskalnikov. Tovrstni tiskalniki velikega formata postajajo vse bolj priljubljeni, saj lahko natisnejo velike sestavne dele, tudi s stranicami, daljšimi od enega metra, to pa podjetjem omogoča povsem nove primere rabe.

Izboljšuje se tudi učinkovitost 3D-tiskalnikov. Nekateri tiskalniki velikega formata lahko hkrati natisnejo več manjših delov namesto enega velikega. Tiskalniki naslednje generacije pa že namigujejo na izjemno pohitritev 3D-tiskanja. To bodo dosegli z opustitvijo klasične postavitve laserja in skenerja, kjer laser medij stopi na posamezno točko. Namesto tega bodo v navezi z optičnimi sistemi poskrbeli, da bo laser natančno stopil večjo površino (z enakimi lastnostmi).

Izjemna želja po 3D-tiskanju kovinskih izdelkov

Ko beseda nanese na rabo 3D-tiskalnikov v proizvodnji in različne materiale, je trend jasen. Začeli so s plastiko, nadaljevati želijo s kovinami. Eden od trendov, ki je v zadnjih letih deležen velike pozornosti, je vse pogostejša raba 3D-tiskanja kovinskih predmetov. V tem primeru 3D-tiskalnik za ustvarjanje predmetov uporablja poseben kovinski prah ali črnila na osnovi kovin. Omenjena tehnologija lahko sproži pravcato revolucijo v proizvodnji, saj omogoča izdelavo kompleksnih kovinskih delov z minimalnimi odpadki in zato nizkimi stroški. Če 3D-natisnjeni kovinski izdelek dosega ključne/želene lastnosti, je za podjetje že danes zelo verjetno bistveno cenejši od sorodnega izdelka, ki bi nastal z odrezavanjem, upogibanjem, vrtanjem in drugimi proizvodnimi postopki, ki jih podjetja uporabljajo za preoblikovanje kovin.

Toda nekatere kovine so za 3D-tiskanje bistveno manj prijazne kot polimeri (beri: plastika). Predvsem baker je že vrsto let na seznamu želja podjetij, ki uporabljajo aditivno proizvodnjo, toda večja toplotna prevodnost bakra v infrardečem območju – ena glavnih prednosti tega materiala – deluje proti njemu med postopkom laserskega spajanja s prahom (tehnologija L-PBF). Proizvajalci industrijskih 3D-tiskalnikov so zadnja leta iskali rešitve, kako zaobiti to težavo. In jih našli. Zahvaljujoč izboljšanim laserjem, izdelanim za obvladovanje edinstvenih lastnosti bakra, je zdaj mogoče z najnovejšimi tiskalniki zanesljivo natisniti tudi bakrene izdelke ali dele izdelkov, kar bo prineslo vrsto inovacij na področju izdelkov, ki uporabljajo električne vodnike (beri: žice). Sploh v navezi z naslednjim trendom ...

Večmaterialno 3D-tiskanje

Večmaterialno 3D-tiskanje je naslednja prelomnica v svetu 3D-tiskanja. Čeprav večmaterialno 3D-tiskanje za zdaj ostaja velik izziv in bo verjetno še vrsto let ohranilo oznako nišno, je jasno, da bi kakršenkoli preboj na tem področju takoj pridobil veljavo, saj bi podjetjem omogočil, da bi lahko 3D-natisnila celovitejše izdelke.

Izdelava predmetov iz več različnih materialov in z različnimi lastnostmi lahko močno razširi obseg uporabe 3D-tiskanja, vključno z izdelavo funkcionalnih prototipov, prilagojenih medicinskih pripomočkov in celo potrošniških izdelkov. Samo pomislite, da bi lahko v prihodnje 3D-natisnili radijski sprejemnik!

Prihajata 4D- in celo 5D-tiskanje!

Celo bolj kot večmaterialno 3D-tiskanje pa sta zanimiva trenda 4D- in 5D-tiskanje. Za zdaj sta predvsem v domeni raziskovalnih ustanov, a kot smo v svetu tehnologij že vajeni, se številni scenariji iz filmov znanstvenofantastičnega žanra sčasoma uresničijo.

4D-tiskanje tako predvideva uporabo materialov, ki lahko spremenijo obliko ali lastnosti kot odziv na zunanje vplive, kot je toplota ali vlaga. 5D-tiskanje pa vključuje uporabo več tehnik 3D-tiskanja za ustvarjanje predmetov s kompleksnimi strukturami in funkcijami. Ti tehnologiji lahko bistveno razširita zmogljivosti 3D-tiskanja in vodita k razvoju novih ter inovativnih izdelkov.

Izboljšana avtomatizacija naknadne obdelave

Čeprav so mnoge tehnologije 3D-tiskanja vrhunske in je digitalna proizvodnja nadvse priljubljena beseda, je v praksi velikokrat potrebna še naknadna obdelava 3D-natisnjenih izdelkov. Številne možnosti naknadne obdelave, kot so brušenje, čiščenje, razpihovanje ipd., pa so ročne in delovno intenzivne. Za njihovo izvedbo so potrebni čas, denar in občasno tudi posebna znanja.

A tudi na to področje vstopa avtomatizacija. Nekoč dolgočasne postopke, kot sta odstranjevanje prahu in odstranjevanje podpornih elementov, je mogoče v celoti ali vsaj delno avtomatizirati. Enako velja za kemično glajenje površin. Kaj to pomeni za 3D-tiskanje v proizvodnji? Predvsem prihranke pri stroških in času. Najpomembneje pa je, da avtomatizacija poveča zanesljivost kakovosti podpore in olajša dosledno reprodukcijo enakih delov. To pa je nekaj, kar naredi množično 3D-tiskanje precej bolj zanesljivo in privlačno za proizvodna podjetja.

Pot do serijske proizvodnje s 3D-tiskalniki

Industrijske panoge so, kar zadeva aditivno proizvodnjo, na različnih stopnjah razvoja. To je še posebej očitno pri serijski proizvodnji. Nemška raziskava, ki jo je izvedlo podjetje Mission Additive, je pokazala več pomembnih vrzeli v tem, kje so posamezne industrije – in kje želijo biti –, kar zadeva rabo 3D-tiskalnikov v serijski proizvodnji. A obeti so dobri. 30 odstotkov anketiranih podjetij je odgovorilo, da že uporabljajo 3D-tiskanje v serijski proizvodnji, 35 odstotkov jih pravi, da ga nameravajo uporabljati, 35 odstotkov pa tega ne načrtuje.

Podjetja iščejo nove dobavne verige

Tehnologija aditivne proizvodnje se nenehno razvija z novimi materiali, tiskalniki in metodami dela. Zaradi vseh teh hitrih sprememb je težko doseči, da bi posamezno podjetje obvladalo vse vidike aditivne proizvodnje, ne da bi moralo vložiti ogromno časa, znanja, zaposlenih in kapitala.

Podjetja se zato v različnih panogah želijo osredotočiti na posamezna področja dodajalne proizvodnje, pač tista, v katerih so najboljša, medtem ko iščejo partnerje za dokončanje preostalih področij. Poenostavljene dobavne verige so v tej luči zelo smiselne za podjetja, ki potrebujejo maloserijsko proizvodnjo za hitro izdelavo prototipov, rezervnih delov, orodij, nastavkov in prijemal. Podjetja, katerih izdelki dosegajo izjemno visoko dodano vrednost, pa si bodo nemara vendarle lahko privoščila kar celovito lastno proizvodnjo, sestavljeno iz kopice različnih 3D-tiskalnikov.

Da bi 3D-tiskalnik v prihodnje pristal v vsakem gospodinjstvu, se – vsaj za zdaj – zdi nemogoče, a kaj bi rekli na to, če bi napovedali, da bo v prihodnje 3D-tiskalnik prisoten v vsaki zobozdravstveni ordinaciji? To je že veliko bolj verjetno …