• en
  • de
2020-05-18

Szybkie prototypowanie w druku 3D

Druk 3D powstał z potrzeby szybkiego i taniego przygotowywania prototypów w różnych branżach działalności gospodarczej. Dziś prototypowanie przy użyciu wydruków 3D przyspiesza etap prowadzący od projektu do wykonania produktu.

Jakie branże wykorzystują szybkie prototypowanie?

Prototypowanie przedmiotów jest ważnym etapem projektowania produktów. Prototyp może być poddawany testom, które prowadzą do zweryfikowania, czy ostateczny rzecz wytworzona na bazie istniejącego projektu, będzie w pełni funkcjonalna. Niegdyś tworzenie prototypów było kosztowne i czasochłonne. Dziś dzięki drukowaniu przestrzennemu pojawiło się szybkie prototypowanie, stwarzające ogromne możliwości na poziomie modeli testowych. Za jego pośrednictwem można tworzyć proste, jak i skomplikowane modele. Technologie przyrostowe, do których zalicza się druk 3D, dają możliwość zaoszczędzenia czasu, zmniejszenia kosztów produkcji i wyeliminowania strat materiałowych.

Dlatego szybkie prototypowanie 3D znajduje szerokie zastosowanie w różnych branżach działalności gospodarczej. Jak to się zaczęło? Początkowo szybkie prototypowanie przedmiotów, nazywane z języka angielskiego „rapid prototyping”, w skrócie RP, stosowane było głównie we wzornictwie przemysłowym i przy projektowaniu. Później znalazło ono jednak swoje miejsce przy prototypowaniu części motoryzacyjnych oraz w przemyśle. Obecnie rozwijane jest prototypowanie przy użyciu technik przyrostowych w medycynie, inżynierii biomedycznej oraz tkankowej. Tworzone są specjalne modele 3D na potrzeby chirurgii rekonstrukcyjnej i implantologii.

Jak ważne jest szybkie prototypowanie?

Dzięki drukowaniu 3D można znacznie przyspieszyć proces tworzenia prototypów i modeli różnych przedmiotów, a osoby czy instytucje realizujące prototypy 3D mogą zaoszczędzić na nich realne pieniądze. Ceni się je także i dlatego, że w procesie rozwoju nowego lub istniejącego produktu można szybko sprawdzać efekty projektowania. Używanie tradycyjnych metod wytwórczych w procesie prototypowania wydłuża czas niezbędny do wprowadzenia produktu na rynek. Szybkie prototypowanie zdecydowanie go skraca, a przy tym działy zajmujące się tworzeniem modeli 3D na potrzeby wprowadzania nowych lub udoskonalanych produktów mają szansę na testowanie wielu ich wariantów w sposób szybki i wydajny.

W przypadku, gdy firma sama tworzy swoje prototypy, w ramach swojej organizacji, likwidowany jest problem niekontrolowanego wycieku nowych projektów unikalnych produktów, gdyby prototypy tworzyła zewnętrzna firma. Własna produkcja prototypów zapewnia znacznie lepszą ochronę własności intelektualnych.

Technologie prototypowania 3D

Sprzęt do druku 3D, czyli po prostu drukarki 3D stosowane do prototypowania, wykorzystują w swoim działaniu różne technologie przyrostowe. Najczęściej są to:

Czytaj także: Technologia SLA w praktyce

SLA to inaczej metoda wydruku 3D nazywana stereolitografią. W technologii tej drukuje się trójwymiarowe prototypy z wykorzystaniem fotoutwardzalnej, ciekłej żywicy. W głowicy drukarki dochodzi do polimeryzacji, czyli utwardzania przy pomocy światła o określonej długości fali filamentu – żywicy znajdującej się w specjalnym naczyniu urządzenia, do którego zanurzona zostaje platforma robocza. Do niej przywiera pierwsza warstwa fotopolimeru, która jest bazą do drukowania modelu. Później stół roboczy podnosi się o określoną wysokość, a specjalne narzędzie – zgarniacz, wyrównuje powierzchnię w celu usunięcia potencjalnych pęcherzyków powietrza. Warstwa utwardzana jest wiązką laserową, a następnie platforma ponownie zanurzana jest na głębokość warstwy. Zaletą tej metody jest możliwość uzyskania gotowego modelu o dużym stopniu dokładności i określonej geometrii.

Technologia FDM z kolei jest tania w użyciu, dlatego znajduje powszechne zastosowanie w praktyce. Umożliwia ona tworzenie wydruków 3D z wykorzystaniem tworzyw plastikowych, jak ABS oraz PLA. Filament, czyli materiał do druku, jest wprowadzany do głowicy drukarki, gdzie ulega podgrzaniu. W wysokiej temperaturze zaczyna się topić, a po uzyskaniu formy płynnej jest on wyciskany przez specjalną dyszę na stół roboczy. Dysza nanosi warstwa po warstwie filament według założonego projektu graficznego w formie cyfrowej. W momencie nakładania warstw na siebie filament twardnieje, a po całkowitym wyschnięciu powstaje wydruk 3D modelu, który można wkrótce zdjąć ze stołu roboczego. Prototyp jest gotowy do testowania i zweryfikowania, czy jest on w pełni funkcjonalny.

Z jakich materiałów można tworzyć prototypy w druku 3D?

Drukarki 3D, w zależności od rodzaju wykorzystywanej technologii wydruku modeli 3D, używają do swojej pracy określonych materiałów.

Czytaj także: Jakie materiały wykorzystuje się w druku 3D

Operatorzy drukarek 3D w procesie prototypowania mają możliwość użycia szerokiej gamy rozwiązań. Druk 3D może odbywać się z wykorzystaniem standardowych filamentów, takich jak tworzywa sztuczne, jak i elastycznych, o podwyższonej trwałości i odporności, w tym także odpornych na działanie wysokich temperatur. Stosowane są materiały biokompatybilne, odlewnicze, czy też dentystyczne.

Prototypowanie w druku 3D – zalety

Jak już zostało powiedziane, prototypowanie z wykorzystaniem druku 3D pozwala na wypracowanie oszczędności – czasu i pieniędzy. Umożliwia szybkie testowanie prototypów i przyspiesza czas, jaki niezbędny jest do wprowadzenia docelowego produktu na rynek. Dodatkowo na każdym etapie procesu prototypowania można otrzymać natychmiast podgląd wydruku i śledzić proces powstawania modelu.