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.