Sto milijard razlogov za 3D-tiskanje
3D-tisk oziroma dodajalna proizvodnja preoblikuje načrtovanje in proizvodnjo najrazličnejših izdelkov – serijskih ali po meri. Preverili smo najobetavnejše tehnologije v svetu 3D-tiskanja.
Svet 3D-tiskanja že dve desetletji spremlja industrijo in nadobudne domače uporabnike. V tem času je mogoče opaziti izjemen napredek tako pri hitrosti tiskanja kot zanesljivosti delovanja in predvsem raznolikosti ter združljivosti materialov. Za 3D-tiskanje lahko res zapišemo, da predstavlja stalen vir inovacij in navdušenja. Podjetja po svetu bodo letos po ocenah podjetja Grand View Research zanj zapravila osupljivih 100 milijard evrov!
A še tako dolga pot se začne s prvim korakom. Pot dodajalne proizvodnje, kot se strokovno reče 3D-tiskanju (saj to dodaja materiale), se začne s prototipom. Podjetja, ki so 3D-tiskanje spoznavala že pred desetletji, so, podobno kot današnji zanesenjaki med posamezniki, pogosto začela eksperimentirati z vedno bolj dostopnimi namiznimi 3D-tiskalniki, ki oblikovalcem in inženirjem še danes omogočajo hitro preoblikovanje modelov iz računalniških načrtov CAD v fizične dele in izdelke. Prvi prototipi so pogosto natisnjeni iz materiala PLA, »čarobnega« materiala, ki je popolnoma primeren za namizno 3D-tiskanje, razmeroma enostaven za delo in stroškovno učinkovit. Material PLA, znan tudi kot polimlečna kislina, je biološko razgradljiv material, pridobljen iz obnovljivih in naravnih surovin. Filamente PLA odlikuje dejstvo, da so resnično enostavni za uporabo in odlični za začetnike, ki si želijo eksperimentirati, za piko na i pa so znani tudi po širokem izboru barv, kar pripomore k vsestranskosti rabe in podpira najrazličnejše vrste 3D-natisnjenih izdelkov. Nešteta podjetja zato še danes uporabljajo tiskalnike z mediji PLA za začetno potrjevanje oblike in funkcionalnosti ter hitro izpopolnjevanje konceptov, preden se odločijo za naprednejše in pogosto tudi bistveno dražje materiale.
Več kot le prototipi(ranje)
Bolj kot se izdelki približujejo funkcionalnemu testiranju, pogosteje se začnejo uporabljati močnejša vlakna oziroma materiali. Materiali, kot so ABS, PETG in najlon, premorejo boljše mehanske lastnosti, zato so kot nalašč za ocenjevanje toplotne odpornosti, udarne trdnosti ali prožnosti 3D-natisnjenih izdelkov. Izbor materialov oziroma t. i. filamentov za 3D-tiskalnik je resnično pester. Vsak izmed njih je po svoje poseben oziroma premore posebne lastnosti, ki razvijalcem pomagajo izpopolniti njihove zasnove/zahteve. Lepota dodajalne proizvodnje je v tem, da je ob vsaki ponovitvi tiskanja moč relativno preprosto prilagoditi spremenljivke, kot so nastavitve tiskanja, izbira materiala ali geometrija zasnove. Ta hitra revizijska zanka poganja inovacije hitreje, kot bi to lahko storili s tradicionalnimi metodami izdelave, sploh preoblikovanjem pločevine.
Ko smo že pri kovinah – sčasoma se podjetja, ki izdelujejo izdelke iz kovine, tudi pri prototipiranju odločijo za prehod s plastike na kovine. Takrat pa dodajalna proizvodnja resnično zablesti. Tehnologije 3D-tiskanja kovin omogočajo izdelavo zapletenih, za proizvodnjo pripravljenih delov z mehanskimi lastnostmi, ki so enakovredne klasični proizvodnji. S pomembno pripombo: s 3D-tiskalniki lahko iz kovine natisnete tudi geometrije, ki jih s klasičnimi proizvodnimi postopki ni mogoče ustvariti ali pa bi bilo to pregrešno drago.
Laserji in napredni 3D-natisnjeni materiali v medicini
Na področju 3D-tiska se vse bolj uveljavljajo laserji. Stereolitografija (SLA) uporablja UV-laserje za strjevanje plasti tekoče fotoobčutljive smole. Ta tehnika dosega izjemno natančnost (ločljivost 25–50 mikronov) in gladke zaključke ter se široko uporablja za ortopedske aplikacije. Napredek pri biozdružljivih smolah, ki združujejo fleksibilnost in vzdržljivost s pospešenimi sistemi čiščenja in naknadnega strjevanja, je skrajšal proizvodne čase izdelkov iz teh materialov do 40 odstotkov. Potem pa je tu še selektivno lasersko sintranje (SLS), ki uporablja visokofrekvenčni laser za spajanje plasti kompozitnih delcev polimernega prahu. V nasprotju s SLA tehnologija SLS ne potrebuje podpornih struktur, kar poenostavlja naknadno obdelavo in skrajša čas izdelave za okoli 40 odstotkov. Trenutne inovacije se osredotočajo na integracijo naprednih materialov za proizvodnjo lahkih, robustnih in vzdržljivih delov, ki jih iščejo številne industrijske panoge, izjemno povpraševanje po njih pa vlada tudi v medicini. Lasersko 3D-tiskanje je namreč odprlo številne nove možnosti za oblikovanje ortopedske protetike in vsadkov po meri pacienta.
Zadnji krik tehnološke mode v medicini pa je laserska prašna fuzija (LPBF), vrhunska tehnologija za izdelavo kovinskih vsadkov, ki uporablja tiskalne stroje z do šestimi visokoenergijskimi laserji za plastično fuzijo naprednih zlitin v prahu. LPBF proizvaja lahke, mehansko robustne in telesno združljive vsadke s poroznimi strukturami, ki spodbujajo oseointegracijo, in ima natančnost od 50 do 100 mikronov, zaradi česar je idealna rešitev za prilagojene ortopedske in druge telesne vsadke. Te, izdelane z dodatkom z uporabo inovativne magnezijeve zlitine, ki ponuja majhno gostoto in element elastičnosti, podoben človeški kosti, krasi zmanjšanje obremenitev na stiku kosti in vsadka. Ta tehnologija veliko obeta za t. i. začasne vsadke, ki se uporabljajo pri popravljanju kosti ali v ortopedskih napravah. Takšni 3D-natisnjeni vsadki se namreč sčasoma naravno resorbirajo in podpirajo optimalno celjenje tkiva, hkrati pa odpravijo potrebo po kasnejši kirurški odstranitvi.
Skrb za zagotavljanje kakovosti
Zagotavljanje kakovosti je sestavni del vsake faze proizvodnega procesa. Ker 3D-tiskanje sodi v kategorijo proizvodnje, ga seveda mora upoštevati. Ne glede na to, ali tiskate 3D-izdelke s filamenti PLA na namiznem tiskalniku ali pa imate že vpeljano manjšo proizvodnjo 3D-natisnjenih kovinskih delov, so podrobni pregledi dimenzij, preizkusi trdnosti materiala in strog nadzor procesa ključnega pomena za doseganje želenih rezultatov. Dobra proizvodnja je ponovljiva, dosledna in podprta z dokumentacijo. Ko je kovinski ali plastični del natisnjen, bodo morda potrebni še nadaljnji koraki, kot je strojna, toplotna ali površinska obdelava, da se izpolnijo natančne specifikacije ali estetski cilji izdelka. Natančneje kot je 3D-natisnjen izdelek, manj je nadaljnje obdelave in cenejši je lahko izdelek, kar proizvajalcu omogoča večji zaslužek. Vse jasno …
Izjemen napredek na področju programske opreme
Čeprav so pri 3D-tiskanju navadno v ospredju tehnične lastnosti tiskalnikov in filamentov, je vendarle treba priznati, da je tudi programska oprema za 3D-tiskanje deležna izjemnega napredka, ki se zdi celo intenzivnejši od razvoja same strojne opreme in materialov. Napredna programska oprema za 3D-tiskanje namreč prinaša oprijemljive koristi v proizvodnji, saj zmanjšuje stroške izdelave, optimizira procese in zniža stopnjo iztrošenosti opreme ter tako izboljšuje dobičkonosnost dodajalne proizvodnje. Vse več je 3D-tiskalniških obratov, kjer že poteka serijska proizvodnja – in, da, tudi to nadzoruje programska oprema.
Poleg tega je treba priznati, da se je področje 3D-tiskanja zelo dolgo osredotočalo predvsem na tehnologijo, njeni uporabniki pa si želijo celovitih rešitev. Danes se tako krepita predvsem programska oprema in z njo uporabniška izkušnja.
Industrijska umetna inteligenca
Umetna inteligenca je danes prisotna praktično povsod, področje 3D-tiskanja ni izjema. Industrijska umetna inteligenca ima potencial, da znatno pospeši delovne postopke načrtovanja in inženiringa, saj z njo ti postanejo hitrejši in bolj avtomatizirani. Po vzoru »kopilotov« na vseh drugih poslovnih področjih si digitalne pomočnike lahko obetajo tudi novinci na področju načrtovanja in rabe dodajalne proizvodnje, kjer bo z algoritmi in s podatki založena programska oprema poenostavila zapletene naloge pri oblikovanju izdelkov in simulacijah, pa tudi izboljšane zmogljivosti digitalnih dvojčkov. Orodja, nadgrajena z umetno inteligenco, zdaj optimizirajo zasnove, izpopolnjujejo pripravo na izdelavo in racionalizirajo načrtovanje, s čimer učinkovito odpravljajo vrsto neučinkovitosti in povečujejo natančnost priprave in izdelave 3D-natisnjenih izdelkov.
Če se osredotočimo zgolj na modeliranje, pa je vendarle treba priznati, da je prava generativna umetna inteligenca za parametrično 3D-modeliranje še precej oddaljena od širše uporabnosti. Tako se bodo uporabniki bržkone še vrsto let zanašali na standardno programsko opremo CAD, nadgrajeno s programskimi kopiloti umetne inteligence, ki posrečeno krepijo orodja za hitrejše modeliranje ter olajšajo rabo kompleksnejše programske opreme vseh, ne le manj veščih uporabnikov.
Letos naj bi v ospredje stopila tudi napredna simulacijska programska oprema, in to predvsem na področju dodajalne proizvodnje. Zagonsko podjetje PanOptimization že izziva velikane, a tudi simulacijski arzenal družbe Hexagon končno začenja dokazovati, kaj vse zmore povezati v celovit proces simulacij. Vse to je dober obet za zmanjšanje odvisnosti od dragih fizičnih testnih sestavov in daje podjetjem več samozavesti, da se lotijo 3D-tiskanja zahtevnih delov in izdelkov. Umetna inteligenca v svetu 3D-tiskanja ni le dodatek, temveč postaja nuja, saj odpravlja številne sistemske omejitve, rešuje vrzel pri talentiranosti zaposlenih in omogoča večjo prilagodljivost rabe 3D-tiskalnikov.
Mešani obeti za prihodnost
Trenutno stanje na področju programske in strojne opreme ter storitev za 3D-tiskanje je nekako mešano. Dobičkonosni, uveljavljeni akterji so močno podcenjeni, na drugi strani pa investitorji številna obetavna zagonska podjetja zasipajo z denarjem, čeprav ta še nimajo prebojnih izdelkov. Lastnost dobre inovacije je tudi to, da se uresniči v praksi. Letos in v prihodnjih letih analitiki področju 3D-tiskanja napovedujejo znatno konsolidacijo, kjer bodo preživeli in cveteli predvsem inovativni ponudniki, ki bodo dostavili obljube s spletnih strani in letakov, podjetja, katerih poslovni modeli temeljijo predvsem na lepih zgodbah, pa bodo preprosto izginila. Velikani se bodo seveda obdržali, marsikateri tudi z nakupi oziroma s prevzemi obetavnih novih prišlekov.
Alternativa, ki sliši na moč odprtokodnega razvoja, pa je za zdaj še zelo podcenjena, vsaj v industrijskih okoljih, in precej omejena na tehnološke zanesenjake. Odprtokodne rešitve so pravzaprav postavile svet 3D-tiskanja na zemljevid, saj prevladujejo na področju FDM-tiskanja. In čeprav se odprtokodne rešitve redkeje hvalijo z »oh in sploh« umetno inteligenco, se v praksi rade dokažejo kot divje učinkovite, seveda pa zahtevajo nekoliko več napora in znanja pri integraciji v poslovna oziroma proizvodna okolja.
Potencial rešitev za 3D-tiskanje ostaja izjemen, saj priložnosti za inovacije in ustvarjanje dodane vrednosti ne manjka. Gre predvsem za hitrost in obseg prevlade 3D-tehnologij nad klasičnimi izdelavnimi postopki.