Z tego artykułu dowiesz się:

  1. Czym jest produkcja przyrostowa (additive manufacturing)?
  2. Jak działa ta technologia przyrostowa?
  3. Kiedy wynaleziono produkcję przyrostową?
  4. Jakie są technologie i techniki produkcji przyrostowej?
  5. Jakie są zalety i ograniczenia produkcji przyrostowej?
  6. Jaka jest rola ultradźwiękowej atomizacji w metalowej produkcji przyrostowej?
  7. Jak wygląda proces drukowania 3D metali?
  8. Czym różni się produkcja przyrostowa od tradycyjnej produkcji? Czy produkcja przyrostowa zastąpi tradycyjną produkcję?

 

Produkcja przyrostowa, często nazywana drukiem 3D, polega na tworzeniu trójwymiarowych obiektów poprzez sukcesywne nakładanie warstw materiału na podstawie modeli cyfrowych. Proces ten różni się od tradycyjnych technik, takich jak obróbka ubytkowa (obróbka mechaniczna) i obróbka formująca (odlewanie i wtrysk), umożliwiając wytwarzanie bardziej złożonych, misternych i spersonalizowanych struktur. Dzięki swoim unikalnym możliwościom produkcja przyrostowa doświadczyła znacznego wzrostu i adopcji w różnych sektorach, w tym w lotnictwie, motoryzacji i opiece zdrowotnej.

Czym jest produkcja przyrostowa?

Produkcja przyrostowa umożliwia wytwarzanie trójwymiarowych struktur z cyfrowych planów poprzez sekwencyjne nakładanie warstw materiału. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod produkcji, takich jak obróbka ubytkowa i formująca, produkcja przyrostowa pozwala na realizację bardziej skomplikowanych, misternych i spersonalizowanych konfiguracji.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Krótka historia produkcji przyrostowej

W latach 80-tych XX wieku, idea produkcji przyrostowej zaczęła się rozwijać dzięki doktorowi Hideo Kodamie z Japonii, który wymyślił technikę wytwarzania trójwymiarowych obiektów z użyciem żywicy fotopolimerowej. Jednak dopiero w 1986 roku, kiedy to amerykański inżynier Charles Hull opatentował stereolitografię (SLA), naprawdę rozpoczęła się nowoczesna era druku 3D, na zawsze zmieniając bieg produkcji.

W miarę upływu czasu do ruchu produkcji przyrostowej dołączyło więcej pionierów, każdy wnosił swoje unikalne koncepcje i metody. W 1988 roku S. Scott Crump wprowadził modelowanie przez wtopienie (FDM), a rok później dr Carl Deckard przedstawił selektywne spiekanie laserowe (SLS). Razem ci innowatorzy napędzali rozwój i metamorfozę produkcji przyrostowej.

Postęp w produkcji przyrostowej był niebywale dynamiczny. Na przestrzeni lat opracowano nowe materiały, techniki i oprogramowanie, przesuwając granice tego, co kiedyś uważano za możliwe. Obecnie produkcja przyrostowa zintegrowała się z różnymi sektorami, umożliwiając szybkie prototypowanie, szeroką personalizację i wytwarzanie złożonych struktur, które wcześniej były uznawane za nieosiągalne. W ten sposób opowieść o produkcji przyrostowej trwa, ciągle pisząc nowe rozdziały wynalazczości i ewolucji.

Różnorodność technologii i technik produkcji przyrostowej

W świecie technologii przyrostowej istnieje wiele różnych metod i technik druku 3D, każda z nich oferując wyjątkowe korzyści i odpowiadając na określone potrzeby. Niektóre metody i technologie druku stały się szczególnie popularne.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Ekonomiczny wybór do tworzenia prototypów i funkcjonalnych komponentów z umiarkowaną precyzją i wytrzymałością.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Powder Bed Fusion (PBF)

Techniki, takie jak selektywne spiekanie laserowe (SLS) i selektywne topienie laserowe (SLM), znane z produkcji silnych części funkcjonalnych o złożonych geometriach i doskonałych właściwościach mechanicznych.

Electron beam melting

Pozwala na wytwarzanie komponentów o wyjątkowych właściwościach mechanicznych, takich jak wytrzymałość, wydajność i odporność na zmęczenie.

Binder Jetting

Proces, który pozwala drukować z różnych materiałów, takich jak metale, ceramiki i nawet piasek do form odlewniczych.

Directed Energy Deposition (DED)

Metoda odpowiednia do naprawy lub ulepszania istniejących komponentów, kompatybilna z różnymi materiałami, takimi jak metale, ceramiki i polimery.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Material Jetting

Charakteryzuje się wysoką precyzją i jakością powierzchni, co sprawia, że jest idealny do tworzenia skomplikowanych geometrii i wytwarzania multimateriałowego. Technologia ta pozwala również na jednoczesne stosowanie różnych materiałów w jednym obiekcie.

Stereolithografia (SLA)

SLA wykorzystuje laser UV do selektywnego utwardzania żywicy fotopolimerowej, budując obiekt warstwa po warstwie. Ta technika oferuje wysoką rozdzielczość i jakość wykończenia powierzchni, co sprawia, że jest idealna do tworzenia skomplikowanych geometrii, misternych detali oraz estetycznie atrakcyjnych modeli.

Zastosowania wytwarzania przyrostowego

Druk 3D znalazł szeroki zakres zastosowań w różnych sektorach, sprzyjając tworzeniu innowacyjnych, spersonalizowanych i skomplikowanych elementów.

W branży lotniczej wykorzystywany jest do produkcji lekkich, wysoko wytrzymałych komponentów, takich jak części silników i wsporniki, co zwiększa efektywność paliwową i ogranicza emisję spalin.

Podobnie przemysł motoryzacyjny wykorzystuje druk 3D do produkcji indywidualnych komponentów samochodowych i lekkich konstrukcji, zwiększając w ten sposób wydajność pojazdów i skracając czas produkcji.

W dziedzinie opieki zdrowotnej, naukowcy poczynili znaczne postępy w tworzeniu implantów dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjentów, protez oraz narzędzi chirurgicznych, co przekłada się na lepsze efekty leczenia i krótszy czas rekonwalescencji.

Sektory wojskowe i obronne wykorzystują druk 3D do tworzenia lekkich, trwałych elementów do broni, urządzeń komunikacyjnych oraz pojazdów. Technologia ta umożliwia także szybkie prototypowanie i produkcję niezbędnych komponentów w oddalonych lokalizacjach.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Eksploracja kosmosu także czerpie korzyści z druku 3D, z organizacjami takimi jak NASA korzystającymi z tej metody do konstruowania skomplikowanych części satelitarnych i komponentów rakiet, obniżając ogólną wagę i skomplikowanie montażu.

Na koniec, w przemyśle, druk 3D zrewolucjonizował tworzenie skomplikowanych form i przyrządów, promując większą elastyczność w projektowaniu i przyspieszając proces produkcji.

Zalety produkcji addytywnej

Produkcja addytywna oferuje liczne korzyści, czyniąc go cennym narzędziem w różnych branżach. Jedną z najważniejszych zalet jest swoboda projektowania, umożliwiająca tworzenie złożonych geometrii, struktur wewnętrznych i organicznych kształtów, które byłyby niemal niemożliwe do stworzenia tradycyjnymi metodami.

Inną kluczową zaletą jest możliwość dostosowywania, dzięki której każdy obiekt może być dostosowywany do indywidualnych wymagań, umożliwiając masową personalizację i produkty spersonalizowane. Technologia ta znacząco także redukuje odpady materiałowe, dodając materiał tylko tam, gdzie jest to potrzebne, co skutkuje niższymi kosztami i mniejszym wpływem na środowisko.

Szybkie tworzenie funkcjonalnych prototypów to kolejny ważny atut produkcji addytywnej, umożliwiający szybsze iteracje i skrócenie czasu wprowadzenia produktu na rynek. Produkcja na żądanie jest możliwa dzięki wytwarzaniu przyrostowemu, eliminując potrzebę posiadania dużych zapasów i minimalizując koszty magazynowania oraz marnotrawstwo.

Na koniec, wytwarzanie przyrostowe umożliwia wykorzystanie nowych materiałów, kombinacji i gradientów materiałowych, stanowiąc platformę do innowacji i odkryć materiałowych.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Ograniczenia wytwarzania przyrostowego

Pomimo wielu zalet, druk 3D ma też swoje ograniczenia. Na przykład, wytwarzanie przyrostowe często charakteryzuje się wolniejszą prędkością produkcji w porównaniu z tradycyjnymi procesami wytwarzania, szczególnie w przypadku produkcji na dużą skalę. Ponadto niektóre scenariusze ograniczają możliwości zastosowania technologii, ponieważ niektóre maszyny do druku 3D narzucają więcej ograniczeń na rozmiar obiektów, które można drukować.

Właściwości materiałowe mogą także stanowić problem, ponieważ niektóre procesy druku 3D mogą skutkować uzyskaniem części o gorszych właściwościach mechanicznych w porównaniu z komponentami wytwarzanymi tradycyjnymi metodami. Co więcej, często konieczne jest wykonanie obróbki powierzchniowej po procesie drukowania, aby osiągnąć pożądane wykończenie powierzchni i dokładność wymiarową, co może zwiększyć czas i koszty produkcji.

Proces drukowania 3D z metalu

Często określany jako druk 3D z metalu, wytwarzanie przyrostowe z metalu prezentuje się jako technologia najnowszej generacji, ułatwiająca tworzenie skomplikowanych komponentów metalowych o kształtach, których nie można uzyskać, korzystając z konwencjonalnych metod produkcji. Procesy dodatkowe obejmują wykorzystanie projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) i dzielenie części na warstwy. Wytwarzanie przyrostowe z metalu oferuje różne zalety w porównaniu z tradycyjnymi technikami produkcji, takimi jak większa elastyczność projektowania, zminimalizowane marnotrawstwo oraz lepsze właściwości mechaniczne.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Wytwarzanie przyrostowe z metalu polega na budowie komponentów metalowych warstwa po warstwie, wykorzystując plik CAD jako przewodnik. Procedura rozpoczyna się od podziału pliku CAD na cienkie warstwy przekrojowe. Następnie materiał metalowy jest nanoszony warstwami, ostatecznie formując finalny komponent. Program komputerowy (oprogramowanie do produkcji dodatkowej) dokładnie kontroluje nanoszenie materiału budowlanego w całym procesie.

Po zakończeniu procesu drukowania, obiekt jest pozostawiony do ostygnięcia przed usunięciem z komory budowy. Etapy post-processingu mogą obejmować usuwanie proszku, usuwanie wsparcia, obróbkę cieplną, wykończenie powierzchni oraz kontrolę jakości.

Rola ultradźwiękowej atomizacji w wytwarzaniu przyrostowym

W dynamicznie rozwijającym się świecie wytwarzanie przyrostowe z metalu, AMAZEMET stoi na czele jako lider w dziedzinie ultradźwiękowej atomizacji. Ultradźwiękowa atomizacja umożliwia produkcję wysokiej jakości proszków metalowych z nieosiągalną precyzją i spójnością. Ta innowacyjna technologia wykorzystuje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do generowania wibracji, które powodują rozpryskiwanie ciekłej warstwy metalu na drobne krople. Jako że te krople zastygają w locie, tworzą sferyczne proszki metalowe o jednolitym rozkładzie wielkości i doskonałej płynności, co jest kluczowe dla osiągnięcia optymalnej gęstości części i właściwości mechanicznych w finalnie wydrukowanych komponentach.

banner-15

(źródło: Adobe Stock)

Poprzez oferowanie większej kontroli nad charakterystyką proszku, ultradźwiękowa atomizacja znacząco zwiększa wydajność procesów produkcji addytywnej. Co więcej, otwiera to możliwości rozwijania nowych materiałów i stopów, torując drogę dalszym postępom w tej dynamicznie rozwijającej się dziedzinie.

Poprzez przesuwanie granic możliwości w wywarzaniu przyrostowym z metalu, AMAZEMET wnosi swój wkład w projektowanie i produkcję komponentów metalowych. U podstaw sukcesu AMAZEMET leży niezłomne zaangażowanie w promocję technologii produkcji addytywnej. Ekspertyza firmy w dziedzinie ultradźwiękowej atomizacji przyczyniła się do opracowania maszyn takich jak rePowder, inFurner i safeEtch, które ułatwiają produkcję proszku, opracowywanie nowych materiałów, obróbkę cieplną czy usuwanie wsparcia. Oferując te rozwiązania, AMAZEMET zapewnia, że jej klienci mogą optymalizować swoje procesy produkcyjne i osiągać wyjątkowe wyniki.

Przyszłość wytwarzania przyrostowego

Produkcja addytywna otwiera nowy sposób, w jaki podchodzimy do projektowania, procesu produkcji i innowacji w różnych branżach. Rozumiejąc techniki, technologie i rosnące znaczenie wytwarzania przyrostowego, możemy wykorzystać jego pełny potencjał i przekształcić przyszłość produkcji. Wraz z ciągłymi postępami i zwiększonym wdrażaniem, wytwarzanie przyrostowe obiecuje mieć trwały i pozytywny wpływ na nasz świat.

Udostępnij ten wpis!

Przeczytaj także inne wpisy