Druk 3D coraz częściej jest wykorzystywany przez firmy do produkcji elementów, które wcześniej tworzone były pod inne rozwiązania, jak np. frezowanie czy wtrysk. Zmieniając technologię na druk 3D, firmy uzyskują szereg korzyści, takich jak zmniejszenie kosztów, przyspieszenie produkcji, czy większą swobodę w projektowaniu.
Aby jednak skorzystać w pełni z tego ostatniego elementu, wymagana jest wiedza o tym, jak przygotowywać projekty pod druk 3D. W wielu przypadkach można, a nawet trzeba znacznie zmodyfikować projekt, który wcześniej z sukcesem realizowany był w innych technologiach.
W tym artykule opiszemy więc:
- Dlaczego projekty pod druk 3D muszą być wykonane inaczej?
- Jakie przewagi pod względem projektowym (i nie tylko) daje druk 3D?
- Co może zyskać firma, zmieniając różne technologie produkcji na druk 3D?
- Na co powinno się zwracać uwagę, podczas tworzenia projektów pod druk 3D?
- Jakie cechy spełnia idealny projekt do druku 3D?
Dlaczego projekty do druku 3D powinny być inne niż w przypadku pozostałych rozwiązań?
Podstawowa różnica, która wymusza na designerach inne podejście w projektowaniu, dotyczy zasady tworzenia elementów w druku 3D. Polega ona na tym, że druk 3D jest technologią addytywną (przyrostową). Elementy tworzone są od zera, poprzez nakładanie kolejnych warstw materiału. Daje to dużą swobodę w projektach, możliwość modyfikacji między seriami, a dzięki coraz większym możliwościom nowoczesnych drukarek, staje się coraz bardziej opłacalne w krótkich i średnich seriach produkcyjnych.
Inne podejścia w wytwarzaniu elementów z tworzyw sztucznych to:
1. Skrawanie (m.in. toczenie, frezowanie, struganie) – polega na wycinaniu elementów z większych bloków. Technologia ta wiąże się z dużymi stratami materiałowymi i wyższym kosztem, a część kształtów nie jest możliwa do wykonania. Dodatkowo, podczas projektowania należy brać pod uwagę takie aspekty, jak liczba ruchów frezarki lub czas pracy specjalistów, którzy obsługują narzędzia do obróbki, ponieważ czynniki te wpływają znacznie na koszt.
2. Formowanie wtryskowe – polega na wtryskiwaniu do precyzyjnie stworzonej formy ciekłego materiału, który następnie zastyga, tworząc pożądany kształt. W tym przypadku również istnieją pewne ograniczenia projektowe, jak np. brak możliwości tworzenia elementów pustych w środku (a zatem lżejszych i tańszych). Wtrysk wiąże się również z wysokimi kosztami początkowymi ze względu na konieczność wykonania formy wtryskowej (nawet ponad 200 tys. zł). Wykonana forma nie może też być modyfikowana, więc ewentualne zmiany w projekcie wymagałyby kolejnego takiego kosztu. Jest to jednak wciąż najbardziej opłacalna opcja przy produkcji wielkoseryjnej.
Jak widać, zasada działania w druku 3D jest zupełnie odmienna niż w przypadku obu konkurencyjnych rozwiązań. Różnice te wymagają od designerów innego podejścia i brania pod uwagę tego, jak elementy będą tworzone. Co prawda, druk 3D daje większą swobodę co do geometrii tworzonych części, ale projektanci muszą zwracać uwagę na inne czynniki, które mogą się różnić nawet w zależności od konkretnej technologii drukarki.
Na co należy zwracać uwagę podczas tworzenia projektów pod druk 3D?
Jest kilka kluczowych aspektów, które odróżniają druk 3D od wymienionych wcześniej technologii i wymagają od projektantów innego podejścia. Niektóre z nich mogą zaważyć o sukcesie wykonania projektu, inne mają zwyczajnie podłoże ekonomiczne i sprawiają, że projekt może stać się tańszy.
Najbardziej istotnym aspektem jest temperatura podczas druku. Ze względu na różny rozkład temperatur w komorze druku i charakterystykę materiału, pewne geometrie mogą być podatne na deformacje. Mowa tutaj np. o zbyt grubych ściankach lub długich i cienkich elementach. W zdecydowanej większości przypadków jednak, znając potencjalne ryzyka, da się je wyeliminować, stosując szereg zabiegów.
Druga kwestia wynika z charakterystyki technologii addytywnych. W przeciwieństwie do innych rozwiązań, w druku 3D, projektanci mają dużą swobodę w tworzeniu geometrii. Dotyczy to przede wszystkim takich aspektów, jak puste przestrzenie, zmniejszenie grubości ścianek, czy zastosowanie tzw. plastra miodu, który niskim zużyciem materiału zapewnia dużą wytrzymałość. Znając zasadę działania druku 3D, projektanci mogą tworzyć lżejsze, a zatem i tańsze części, w pełni zachowując wymaganą wytrzymałość. W przypadku ponad 30% projektów, z którymi mamy do czynienia, da się wykonać poprawki, które zmniejszają koszt realizacji.
Zdarza się też, że druk 3D pozwala na tworzenie w całości elementów, które w innych technologiach musiałyby być tworzone oddzielnie, a potem łączone. Dzięki takiemu zabiegowi, oszczędza się nie tylko na procesie produkcji, ale i dalszego montażu.
Inny czynnik, na które projektanci muszą zwracać uwagę, to jak precyzyjnie mogą być wykonane elementy. Druk 3D w technologii MJF pozwala na dokładność do 0,2 mm, więc gdy dokładność ma duże znaczenie, czasem lepszym rozwiązaniem jest np. wykonanie odwiertu na dalszym etapie.
Jakie cechy spełnia idealny projekt do druku 3D?
Idealny projekt do druku 3D to taki, który spełnia wszelkie wymagania do danego zastosowania i jednocześnie wykorzystuje minimalną ilość materiału. Doskonałym przykładem jest nasza współpraca z Colgate Palmolive Manufacturing. Tworzymy dla firmy części zamienne do linii produkcyjnych. Muszą one być wystarczająco wytrzymałe, aby spełniać swoje zadanie, a przy tym maksymalnie lekkie, by zużyć jak najmniej materiału i uzyskać atrakcyjną cenę. Aby o to zadbać, zbadaliśmy dokładnie potrzeby firmy i przygotowaliśmy projekty, które pozwoliły zmniejszyć koszt części o nawet 60%.
Co istotne, poza etapem projektowania, istotnym aspektem w druku 3D jest też rozmieszczenie elementów w komorze druku. Jak już wspomnieliśmy, ze względu na rozkład chłodzenia, niektóre geometrie muszą być ułożone w odpowiedni sposób, w innym wypadku grozi im zdeformowanie na skutek zbyt wysokiej temperatury. Dotyczy to przede wszystkim długich lub cienkich części. Doświadczony operator drukarki dostrzega takie ryzyka i dostosowuje druk w sposób, który zabezpieczy przed taką sytuacją.
Skorzystaj z doświadczenia ekspertów druku 3D
Jako projektanci i specjaliści druku 3D, zrealizowaliśmy ponad 8000 projektów. O części z nich przeczytać możesz tutaj.
Pomożemy Ci zweryfikować projekt pod druk 3D lub przygotujemy projekt od podstaw, biorąc pod uwagę kluczowe kwestie dotyczące zastosowania elementu, wytrzymałości i optymalizacji kosztu.
Umów się z nami na darmową konsultację i wspólnie ustalmy, jak druk 3D może usprawnić procesy w Twojej firmie.
