Szybkie prototypowanie – po co to komu potrzebne?

Jakiś czas temu zgłosiła się do nas firma produkująca ergonomiczne krzesła biurowe i chciała abyśmy wydrukowali dla nich prototyp krzesła, praktycznie w całości. Zawsze staramy się dokładnie poznać intencje klienta, więc zapytaliśmy jaki jest główny cel wydruku tego prototypu. Odpowiedź była wybitnie prosta – “Jak inaczej można sprawdzić czy to krzesło będzie wygodne?”. Oczywiście, można by wykonać prototyp w tradycyjnej technologii np. skrawania, tylko zapewne czas realizacji byłby zdecydowanie dłuższy (w technologii SLS czas realizacji tego zamówienia wyniósł 7 dni).

Tak naprawdę tutaj szybkie prototypowanie miało dwa główne cele. Pierwszy to skrócenie czasu wprowadzania produktu na rynek. Testy wykonane na prototypie pomogły w szybkim zidentyfikowaniu słabych stron i poprawienie projektu. Drugi to redukcja ryzyka popełnienia błędu na przykład przy wymiarowaniu elementów mocujących. Taki błąd mógłby producenta sporo kosztować – krzesło było finalnie produkowane w technologii wtrysku, a forma wtryskowa przy elementach o takich gabarytach jest dużym kosztem.

Przez pierwsze trzydzieści lat istnienia druku 3D szybkie prototypowanie było praktycznie tożsame z tą technologią. Nikt raczej wtedy nie myślał, że technologie przyrostowe będą mogły być konkurencją dla technologii skrawania czy wtrysku. Dzisiaj szybkie prototypowanie wciąż jest głównym zastosowaniem druku 3D. Wzrost popularności drukarek desktopowych, zwiększająca się liczba biur usługowych powoduje że szybkie prototypowanie staje się narzędziem każdego konstruktora.

Dzięki wciąż rosnącej gamie materiałów możemy wydrukować część o prawie identycznych właściwościach mechanicznych jak detal końcowy. Co więcej, technologia PolyJet firmy Stratasys pozwala na łączenie ze sobą materiałów o różnych parametrach. To znaczy, że możemy wydrukować model koncepcyjny buta, w którym podeszwa będzie twarda, a cholewka bardziej elastyczna. Bardzo szybko rozwija się też druk 3D z metalu. Wciąż jednak proces jest na tyle kosztowny, że nie jest wykorzystywany w celach prototypowych na większą skalę, co nie znaczy, że za w najbliższym czasie to się nie zmieni.

W najlepszej sytuacji są jednak Ci którzy produkują części finalne w technologiach przyrostowych. Wtedy ostatnia iteracja prototypu jest naszym pierwszym produktem końcowym!

SLS vs. FDM. Jaką technologię druku 3D wybrać?

 

SLS i FDM to dwie najpopularniejsze technologie druku 3D stosowane do produkcji funkcjonalnych części. Głównym tego powodem są przede wszystkim właściwości wytrzymałościowe drukowanych detali. Technologie te jednak znacznie różnią się od siebie na wielu płaszczyznach i wykorzystywane są zazwyczaj do zupełnie innych zastosowań.

CZAS DRUKU I NAKŁADY

Pierwszą rzucającą się w oczy różnicą pomiędzy technologiami jest czas realizacji zamówień. Zazwyczaj w technologii FDM czas to około 1-4 dni roboczych a w technologii SLS to 3-7 dni roboczych. Z czego to wynika? Wynika to z charakterystyki samego procesu. W technologii FDM nie ma problemu, żeby wydrukować pojedynczy detal.  Czas realizacji zależy tylko od obłożenia drukarek w danym czasie. Zazwyczaj praktykuje się pozostawienie jednej wolnej drukarki na zamówienia “na wczoraj”, więc często jesteśmy w stanie wydrukować nieduże części nawet na ten sam dzień.

W technologii spiekaniu proszków (SLS) sytuacja jest inna. Aby rozpocząć proces druku musimy wypełnić jak największą część komory roboczej detalami.

W praktyce rozwiązuje się to tak, że drukowanie odbywa się raz w tygodniu po zebraniu wszystkich zamówień z 7 dni. Sam proces jest zdecydowanie dłuższy (trwa zazwyczaj około 12 godzin), a do tego części po wyjęciu z drukarki wymagają dodatkowej obróbki oczyszczenia ich z niespieczonego proszku. Dlatego minimalny czas realizacji to minimum 3 dni. Zaletą technologii jest jednak to, że proces jest wydajniejszy. W technologii FDM w ciągu doby jesteśmy w stanie wyprodukować około 500 g części z jednej drukarki, a w technologii SLS około 2-3 kg części w tym samym czasie.

Podsumowywując, technologia FDM jest lepsza gdy chcemy wydrukować bardzo szybko na przykład część zamienną do maszyny, SLS będzie natomiast dobrym rozwiązaniem gdy będziemy chcieli wydrukować jak najszybciej krótką serię części.

GEOMETRIA CZĘŚCI

Druk 3D generalnie daje zupełnie nowe możliwości w geometrii wytwarzanych części, jednak pomiędzy FDM a SLS jest jeszcze drobna różnica. W technologii FDM musimy pamiętać o tym, że wszystkie elementy “wiszące” czyli tzw. mosty muszą być podparte strukturami podporowymi. Musimy mieć możliwość usunięcia tych podpór co jest pewnym ograniczeniem. W technologii spiekania proszków rolę podpór pełni nam proszek który nie został spieczony, który można w łatwy sposób wydmuchać z trudno dostępnych miejsc. To powoduje, że przy bardziej skomplikowanych geometrycznie częściach technologia SLS dużo lepiej się sprawdza niż w technologii FDM.

Dla tych prototypów, z uwagi na skomplikowaną geometrię, technologia SLS była lepszym rozwiązaniem

Wybierając technologię druku 3D zawsze musimy się zastanowić co jest kluczowym elementem projektu, w jakim celu część jest wytwarzana i jak ona będzie pracowała. Jest jeszcze sporo innych kryteriów wyboru technologii, które będziemy analizować w kolejnych wpisach.

 

Druk 3D nie jest technologią innowacyjną

Czy druk 3D to technologia innowacyjna?

Innowacyjność – to słowo które odmieniane jest przez wszystkie przypadki w mediach, raportach czy spotkaniach firmowych. Wszystko musi być innowacyjne.

Jak możemy zdefiniować innowacyjność? Zajrzeliśmy do słownika języka polskiego:

Innowacja – wprowadzenie czegoś nowego; też: rzecz nowo wprowadzona.

Niestety. Druk 3D jako technologia wytwarzania oparta na zasadzie nakładania na siebie kolejnych warstw materiału w żaden sposób się w to nie wpisuje. Pierwsze drukarki 3D powstały w połowie lat 80’ (drukowały w technologii SLA), więc trudno to mówić o czymś nowym.

W takim razie gdzie innowacyjność druku 3D?

Przez pierwsze 20 lat istnienia technologia druku 3D była synonimem szybkiego prototypowania. Nikt nie myślał wtedy, że wytwarzanie przyrostowe będzie wykorzystywane w produkcji funkcjonalnych części.  Zatem technologia sama w sobie nie jest innowacyjna, ale jej zastosowania zdecydowanie tak.

Na czym opierać innowacyjne zastosowania druku 3D?

Innowacyjne zastosowania druku 3D możemy podzielić na dwie kategorie: innowacje procesowe i innowacje produktowe.

Innowacje procesowe nie zmieniają końcowego produktu, a zmieniają jedynie sposób jego wytwarzania. Korzyści z nimi związane to zazwyczaj redukcja czasu i kosztów produkcji. Są wynikiem następujących właściwości druku 3D:

  • Stopień skomplikowania geometrycznego części nie ma wpływu na czas i koszty produkcji
  • Możliwość szybkiej produkcji części w dowolnym nakładzie bez kosztów początkowych

Korzystając z tych właściwości możemy na przykład szybko wyprodukować części zamienne do linii produkcyjnych unikając przestoju lub po prostu taniej i szybciej wytwarzać detale o skomplikowanej geometrii.

Innowacje produktowe to te, które już zdecydowanie mają wpływ na produkt końcowy. Wykorzystujemy tutaj możliwości druku 3D dotyczące geometrii produkowanych części. Technologie przyrostowe eliminują ograniczania kształtu znane nam z tradycyjnych metod wytwarzania. Efektem tej innowacji może być produkt o lepszych parametrach czy właściwościach.

formaty_unilogo

Powyższe zdjęcie bardzo dobrze przedstawia obydwie kategorie innowacji. Po prawej stronie widzimy efekt innowacji procesowej. Elementy (szare) które wcześniej były frezowane z tworzywa sztucznego firma Unilogo zaczęła wykonywać w technologii druku 3D przez co obniżyła koszty i czas produkcji. Detal po lewej stronie jest wynikim innowacji produktowej. Następnym krokiem wdrożenia technologii było zastąpienie całego podzespołu jedną częścią drukowaną w 3D co zdecydowani zredukowało jego wagę. 

 

Poszukiwania innowacyjnych rozwiązań

Zastosowań druku 3D jest bardzo dużo, problem w tym, że większość z nich jeszcze nie została odkryta. Wynika to zazwyczaj z tego, że biorcy technologii nie do końca znają możliwości druku 3D, natomiast dawcy  – czyli my – nie zawsze znamy potrzeby i problemy wyspecjalizowanych gałęzi przemysłu. Rozwiązanie jest proste – musimy ze sobą rozmawiać, dużo rozmawiać. Spotkajmy się i poznajmy swoje branże, a efekty tego na pewno będą owocne.

Zapraszamy do kontaktu.

 

 

4 powody dlaczego warto wdrożyć druk 3D w firmie

Coroczny raport Sculpteo State of 3D Printing mówi, że 80% procent badanych firm z całego świata i przeróżnych branż  wdrożyło technologię druku 3D, a 93% mówi, że chce budować swoją przewagę konkurencyjną na bazie tej technologii. Te dane mówią same za siebie. Technologie przyrostowe są coraz częściej stosowane, a liczba aplikacji jest nie wiele mniejsza niż liczba firm, które ich używają. Na rynku polskim sytuacja jest trochę inna, ale robimy wszystko, aby dogonić resztę świata.

Polski problem polega na ogólnym braku świadomości jak i po co druk 3D wdrożyć. Przedstawię teraz kilka powodów dlaczego warto to właśnie zrobić.

  1. Nie zostań w tyle

Druk 3D zaliczany jest do tzw. technologii eksponencjalnych – oznacza to, że jej rozwój będzie rosół zgodnie z tym wykresem:

ExpReal

Trudno powiedzieć gdzie jesteśmy w tym momencie, ale według mnie gdzieś między -1 a 0 na poziomej osi. Do tej pory w technologii druku 3D powstał nie jeden silnik odrzutowy i jesteśmy na dobrej drodze do druku 3D ludzkich organów. Sami wyobraźcie sobie co będziemy drukować za dziesięć lat. Warto być na czasie żeby nie obudzić się za parę lat z przysłowiową ręką w nocniku…

 

  1. Twórz produkty unikalne i spersonalizowane

Mass customization to kolejne sformułowanie które przewija się w każdym raporcie o trendach w przemyśle. Generalnie rynek idzie w stronę dedykowanych produktów. Każdy chce mieć coś czego nikt inny nie ma, każdy chce mieć coś co będzie skrojone idealnie pod jego potrzeby. Druk 3D zaburza wszystkie dotychczasowe teorie ekonomii skali i zakresu. Teraz pojęcie serii produkcyjnej nabiera innego znaczenia, bo w serii każda wyprodukowana część może być inna i nie wiąże się to z dodatkowymi kosztami. Dzięki technologii druku 3D tworzenie spersonalizowanych produktów jest znacznie łatwiejsze.

 

  1. Jeszcze więcej radości z tworzenia

Technologia druku 3D zaburza dotychczasowe bariery dotyczące kształtu i geometrii przez co daje  projektantom dużo więcej miejsca na kreatywność. Inżynierowie mogą być jeszcze bardziej odważni w swoich projektach, bo mogą je szybko weryfikować drukując kolejne iteracje swoich szalonych pomysłów.

Technologia druku 3D dodaje dynamiki i swobody do całego procesu tworzenia nowych produktów co sprawia, że możemy czerpać jeszcze więcej radości z naszej pracy.

featue-3D-printed-shoes-by-united-nude-and-3D-systems-at-milan-design-week-2015-1-906x906

  1. Śpij spokojniej

Innym powodem na zaprzyjaźnienie się z technologią druku 3D jest to, że bardzo często jest ona ostatnią deską ratunku w krytycznych sytuacjach. Nie raz zdarzało nam się drukować coś dla naszych klientów “na wczoraj”. Czasami były to zastępcze części do maszyn rolniczych, czasami modele koncepcyjne produktów potrzebne do prezentacji przed inwestorem, innym razem 120 sztuk specjalnych oprawek do noktowizora. W każdym z tych przypadków druk 3D był jedyną technologią, która była w stanie uratować naszych klientów w sytuacjach podbramkowych.

Powodów na wdrożenie druku 3D w firmie jest oczywiście więcej. Wymieniłem te, które są według mnie ważne, ale nie do końca oczywiste.