Drukarki 3D: Przyszłość utrzymania ruchu?

Nie od dziś wiadomo, że druk przestrzenny doskonale nadaje się do prototypowania w różnych branżach, takich jak motoryzacja, lotnictwo, medycyna, a coraz efektywniej wykorzystywany jest również w działach utrzymania ruchu, gdzie często konieczna jest szybka wymiana brakującego lub zepsutego elementu. Druk 3D pomaga firmom radzić sobie z awariami powodującymi przestoje na liniach produkcyjnych, jest też niezastąpiony przy produkcji małoseryjnej. Przedsiębiorstwa zainteresowane wdrożeniem technologii addytywnych mogą wybierać urządzenia spośród stale rosnącej oferty drukarek 3D, a także zlecać drukowanie wykonawcom zewnętrznym.

Z ainteresowanie polskich firm drukowaniem przestrzennym na razie odbiega od trendów obowiązujących już w krajach zachodnich, ale sytuacja ta ciągle się zmienia. Jak mówi Maciej Stefańczyk z Cubic Inch, główna różnica między rynkiem polskim a zachodnim nie polega na tym, ile firm produkcyjnych wykorzystuje druk 3D, ale jak go wykorzystują. – W Polsce druk 3D jest przede wszystkim wykorzystywany do prototypowania. Na Zachodzie działy utrzymania ruchu zauważyły już jego gigantyczny potencjał jako alternatywnej technologii wytwarzania części zamiennych. Przynosi on wymierne korzyści zarówno na poziomie łańcucha dostaw, jak i przy doskonaleniu maszyn i linii produkcyjnych. Jesteśmy na etapie poznawania tych możliwości, szukania miejsc, gdzie technologia druku 3D może wnieść największą wartość dodaną. Jak czytamy w opracowaniu firm Cubic Inch i 4CF „Druk 3D 2025”, eksperci uważają, że technologie przyrostowe przyczyniają się do redukcji kosztów generowanych przez działy utrzymania ruchu, a ich użycie spowoduje przełom w branży, stanowiąc źródło innowacyjnych rozwiązań, które wejdą do powszechnego użytku.

 

Zastosowanie części wydrukowanej z PEEEK-u (Źródło: Procad)

 

Zastosowania

W raporcie na temat druku 3D1, opublikowanym przez redakcję magazynu Inżynieria i Utrzymanie Ruchu, jego autorka, Agata Abramczyk, zwracała uwagę, że drukarki 3D są obecnie najczęściej wykorzystywane przez firmy przemysłowe (maszynownie, działy utrzymania ruchu), biura projektowe i ośrodki badawcze. Drukowanie 3D, dzięki któremu możliwe jest uzyskanie nawet najbardziej fantazyjnych i zarazem skomplikowanych kształtów, znajduje zastosowanie w motoryzacji i przemyśle lotniczym, w automatyce przemysłowej, wzornictwie przemysłowym, odlewnictwie, architekturze i designie.

Krzysztof Kardach, główny technolog druku 3D w OMNI3D, wyjaśnia, że zastosowania tej technologii można podzielić na trzy główne kategorie: prototypowanie, produkcję narzędzi oraz tworzenie elementów finalnych. Z perspektywy zakładów produkcyjnych i działów utrzymania ruchu interesująca jest szczególnie ta druga opcja. – Dzięki drukowaniu 3D jesteśmy w stanie szybko produkować elementy precyzyjnie dopasowane do linii lub do ich komponentów – mówi ekspert OMNI3D. – Drukujemy w 3D narzędzia pozycjonujące, części do maszyn, chwytaki, przymiary. Są one tanie, szybko dostępne i w pełni spersonalizowane. Ważnym aspektem jest także zmniejszenie kosztów magazynowania oraz logistyki produkcji. Na przykład części zamienne są produkowane z wykorzystaniem druku 3D na bieżąco według zapotrzebowania. Nie ma konieczności utrzymywania ich wysokiego stanu w magazynie. Druk 3D może więc przynieść działom utrzymania ruchu realne oszczędności.

 

Przykład nowej zautomatyzowanej platformy produkcyjnej do laserowego spiekania części z tworzyw sztucznych na skalę przemysłową (Źródło: EOS)

 

Cena vs technologia

Z powodów finansowych nie wszystkie firmy, które dostrzegają potencjał technologii przyrostowych, decydują się na zakup urządzeń; niektóre zlecają wykonanie wydruków profesjonalnie zajmującym się tym wytwórcom. Jak zapewnia Tomasz Bartnikowski, specjalista ds. druku 3D w firmie Datacomp, trzeba mieć na uwadze, że tańsze rozwiązania dotyczą w zasadzie tylko technologii FDM (topienie i termozgrzewanie tworzyw sztucznych) i wymagają wiedzy i doświadczenia na temat samego procesu. – Ich brak może prowadzić do wielokrotnego powtarzania wydruków jednego modelu, gdy dobrane parametry nie zapewnią zadowalających rezultatów. Modele wykonane na niższej jakości drukarkach będą również mniej dokładne. Prawie bezobsługowe systemy technologii FDM, PolyJet, Multijet są natomiast bardzo drogie, zarówno przy zakupie, jak i w utrzymaniu. Z kolei modele wykonane w innych technologiach, jak spiekanie proszków SLS, muszą być dodatkowo obrabiane (co w przypadku niewielkiej ilości wydruków w profesjonalnych systemach jest nieopłacalne), a systemy desktopowe mają niewielkie pola robocze. Zlecenie wydruku zagwarantuje, że dostaniemy produkt w zadeklarowanym czasie i o bardzo wysokiej jakości.

 

Technologie addytywne pozwalają na uzyskanie fantazyjnych kształtów (Źródło: VSHAPER)

 

Urządzenia dostępne na rynku

Działy utrzymania ruchu (i nie tylko) mogą wybierać urządzenia ze stale rosnącej oferty producentów i dystrybutorów. Postanowiliśmy przyjrzeć się wybranym modelom znajdującym zastosowanie w przemyśle.

Firma Bibus Menos oferuje m.in. drukarki marki EOS. Urządzenia te pracują w technologiach SLS (selektywne spiekanie laserowe materiałów) i DMLS/SLM (druk metalem). Pierwszą metodą drukują urządzenia EOS Formiga P110 (przydatne na początku pracy z tego typu urządzeniami), EOS P396, EOS P760, EOS P800, znajdujące zastosowanie w różnych branżach przemysłowych i mogące wytwarzać na skalę przemysłową; systemy DMLS/SLM to EOS M100 (do wyrobów jednostkowych lub na małą skalę), EOS M290 (mogący wytwarzać małej i średniej wielkości skomplikowane geometrycznie elementy, które trudno wykonać w całości metodami ubytkowymi), EOS M400 (sprawdzające się w przypadku produkcji dużej ilości małych detali oraz szybkiej produkcji dużych części na warstwach o większej grubości). Z kolei metodą LCM (wykonywanie modeli z materiałów ceramicznych) drukuje – również dostępne w firmie Bibus Menos – urządzenie firmy Lithoz, CeraFab 7500/8500. – Każda ze wspomnianych drukarek może się sprawdzić w działach utrzymania ruchu – zapewnia Tomasz Weis, kierownik działu drukarek 3D w Bibus Menos. – W technologii SLS można w szybkim czasie wytworzyć części zamienne do maszyn na linii montażowej, różnego rodzaju chwytaki i inne elementy przenoszące obciążenia. Opłacalność produkcji małych serii jest tu o wiele wyższa niż w przypadku metod konwencjonalnych. W technologii DMLS istnieje możliwość regeneracji narzędzi, produkcji jednostkowej skomplikowanych geometrii czy wytwarzania form wtryskowych z chłodzeniem konformalnym. Szybkie wytwarzanie drobnych, zindywidualizowanych komponentów oraz narzędzi usprawnia proces technologiczny, jakość i czas montażu na linii produkcyjnej.

CadXpert to kolejna firma, która dostarcza drukarki 3D przeznaczone do zastosowań przemysłowych. Pracują one w technologiach: FDM, PolyJet oraz SLA. Oferta firmy obejmuje urządzenia klasy desktop do szybkiego prototypowania, takie jak MakerBot Replicator Z18 (FDM) lub Formlabs Form 2 (SLA) oraz maszyny wyższej klasy i przemysłowe systemy druku 3D. Do drugiej grupy należy nowość w ofercie, czyli seria F123 marki Stratasys (FDM). Maszyny te umożliwiają druk z technicznych materiałów, takich jak ABS, ASA, PC-ABS, które znajdują zastosowanie w elementach finalnych i częściach wykorzystywanych m.in. przez działy utrzymania ruchu. CadXpert oprócz dystrybucji drukarek 3D do zastosowań przemysłowych świadczy także usługi drukowania 3D i skanowania 3D na zlecenie. Jest to dobra alternatywa dla firm, które dopiero chcą wdrożyć te technologie. – Współpracujące z nami działy utrzymania ruchu bardzo cenią sobie technologię addytywną. Tylko druk 3D daje możliwość wykonania zapasowej części w ciągu maksymalnie kilkunastu godzin, a nie dni. Chodzi tu nie tylko o wydruk prototypu zapasowego elementu, ale nawet o wykonanie w pełni funkcjonalnych podzespołów. Do dyspozycji mamy elastomery, materiały o wysokiej udarności, materiały odporne na działanie wysokich temperatur, promieniowania UV, środków chemicznych. Wszystko w zależności od potrzeb danej aplikacji – wyjaśnia Piotr Gurga, dyrektor ds. technicznych w CadXpert.

W efektywnym wykorzystaniu technologii addytywnych pomocna może być oferta firmy Materialise, obejmująca nie tylko oprogramowanie do wytwarzania przyrostowego, ale przede wszystkim usługi produkcji przemysłowej. – W najbliższych latach przemysłowy druk 3D, na którym koncentruje się nasza działalność, będzie niewątpliwie zwiększał swój udział w procesach produkcyjnych – mówi Piotr Banacki, dyrektor sprzedaży w Materialise. – Dla odbiorców tego typu usług świadczonych w technologiach przyrostowych kluczowym elementem jest to, aby jakość wyrobów nie ustępowała jakości uzyskiwanej dzięki tradycyjnym technologiom. Najwyższą gwarancją tej jakości są certyfikacje, np. ISO 9001, EASA, PART 21G oraz EN9100, ISO 13485, które posiadamy. Materialise, dzięki najnowocześniejszemu parkowi maszynowemu liczącemu ponad 160 maszyn produkcyjnych oraz obecności w 26 krajach, wpisuje się w łańcuch dostaw wielu firm z różnych branż, np.: motoryzacji, lotnictwa, dóbr konsumpcyjnych, maszyn i urządzeń, medycyny, okulistyki, architektury, sztuki i mody – przekonuje Piotr Banacki. – W wielu przypadkach nasi specjaliści wraz z klientem biorą udział w całym procesie tworzenia wyrobu finalnego. Wykorzystujemy przy tym nasze ponaddwudziestopięcioletnie doświadczenie oraz bogatą ofertę produkcji w technologiach addytywnych.

 

Przemysłowa drukarka o dużym polu roboczym (Źródło: Omni3D)

 

W asortymencie firmy OMNI3D można znaleźć przemysłową drukarkę Factory 2.0 Production System. Ma ona duże pole robocze (pół metra w każdej z osi), zamkniętą i grzaną komorę, automatyczną kalibrację platformy, 2 ekstrudery oraz kontrolę przepływu filamentu. Ważnym aspektem są ruchome głowice, które optymalizują proces drukowania poprzez unoszenie głowicy nieaktywnej. Dzięki temu nie ma niebezpieczeństwa naruszania stabilności konstrukcji wydruku przez wyciekający filament. – Wprowadzamy także nowe materiały, w tym PA-6/66 HD – mówi Krzysztof Kardach. – To nylon o wysokiej elastyczności, odporny na rozciąganie i sprężysty. Jest to materiał doskonały do produkcji oprzyrządowania i osprzętu, a więc m.in. części zamiennych stosowanych na liniach produkcyjnych czy w przypadku innych urządzeń. Factory 2.0 jest skonstruowana z myślą o zastosowaniach profesjonalnych. Jak zapewnia producent, drukarka sprawdza się w działach utrzymania ruchu, gdzie wspiera tradycyjne metody produkcji, szczególnie dzięki dużej powierzchni druku (umożliwia drukowanie dużych obiektów lub kilkunastu mniejszych jednocześnie), z zastosowaniem wytrzymałych materiałów i możliwością drukowania dowolnych kształtów.

Drukarki 3DGence ma w swojej ofercie firma Procad. 3DGence to polski producent, który stworzył desktopową drukarkę 3DGence One do produkcji małoseryjnej oraz wytwarzania form i modeli. Wyróżnia się ona wieloma opatentowanymi rozwiązaniami, m.in. systemem Push, który w zaledwie parę sekund pozwala na wymianę głowicy na inną. 3DGence One ma system automatycznej kalibracji, dzięki któremu każda warstwa modelu łączy się z następną bez konieczności ingerencji użytkownika, a ceramiczny stół ułatwia odseparowanie od niego modelu po zakończonym procesie drukowania. Kolejnym urządzeniem tego producenta jest 3DGence Industry F340 – pierwsza z serii drukarek przeznaczonych do zastosowania w przemyśle. Ma ona grzaną komorę druku, dzięki czemu ryzyko skurczu materiałowego jest zminimalizowane, a wydruki cechują się dużą wytrzymałością. 3DGence Industry F340 z modułem HTmax pozwala na wydruk z termoplastów, które uplastyczniają się w temperaturze do 500°C. Urządzenie może drukować m.in. z materiału PEEK. Jak zapewnia Paulina Kątna z firmy Procad, drukarki 3DGence znalazły zastosowanie w wielu firmach związanych z branżą automotive. – Nasi klienci wykorzystują drukarki 3D do drukowania różnego rodzaju przymiarów używanych podczas montażu poszczególnych elementów. Modele wydrukowane na drukarkach 3DGence Industry F340 znajdują też zastosowanie podczas produkcji części zamiennych maszyn, a także podczas prototypowania elementów o skomplikowanej geometrii, dzięki czemu czas produkcji takich elementów jest znacznie krótszy niż tradycyjnymi metodami. 

Firma Sygnis New Technologies ma w swojej ofercie kilka drukarek budżetowych, które również mogą wesprzeć pracę działów utrzymania ruchu. – Klienci są w szczególności zadowoleni z dwóch spośród naszych maszyn – Flashforge Dreamer i Inventor I – mówi Andrzej Burgs. – Mają one wiele udogodnień w pracy operacyjnej, są niemal niezawodne, a ich pole robocze wystarcza na zdecydowaną większość realizacji. Mimo tego kluczem do skutecznego wdrożenia drukarek 3D w utrzymaniu ruchu jest wsparcie technologów druku 3D, które świadczą dostawcy maszyn. Inną propozycją jest Flashforge Guider II, która znajduje zastosowanie w ośrodkach badawczych, halach fabrycznych czy biurach projektowych. Guider II zapewnia wsparcie m.in. w procesach rapid prototypingu oraz wytwórstwie wytrzymałych części i narzędzi do zastosowań technicznych. Z kolei Flashforge Hunter DLP sprawdza się m.in. w produkcji precyzyjnych prototypów przemysłowych oraz pozwala na tworzenie bardzo dokładnych i wytrzymałych modeli.

Firma VSHAPER oferuje w większości maszyny przemysłowe, wykorzystywane przez duże przedsiębiorstwa produkcyjne. Szczególnie cenione są w procesach prototypowania, wytwarzania narzędzi, produkcji małoseryjnej, a także w pracach badawczo-rozwojowych. Jak zapewnia producent, drukarka VSHAPER PRO jest jednym z nielicznych na świecie urządzeń drukujących materiałem PEEK w temperaturze 450°C. Przeznaczona jest do tworzenia wydruków przestrzennych o podwyższonej wytrzymałości mechanicznej i termicznej. Wydruki uzyskiwane za jej pomocą stanowią alternatywę dla elementów wykonywanych z metalu, ołowiu, a nawet tytanu. W przypadku przemysłowych wydruków sprawdzi się też VSHAPER 270, a VSHAPER 450 umożliwi wykonywanie wydruków przestrzennych z wykorzystaniem dwóch materiałów w jednym procesie. – To potrzeby przedsiębiorstw i wymagania dotyczące wykorzystywanego materiału są podstawą doboru odpowiedniego urządzenia – mówi Konrad Kowalski z VSHAPER. – Firmy zainteresowane tworzeniem przemysłowych wydruków z ABS, PC, PA wybiorą VSHAPER 270 lub 450 w przypadku tworzenia dużych gabarytowo elementów. Z kolei przedsiębiorstwom, które chcą tworzyć elementy o podwyższonej wytrzymałości, polecam VSHAPER PRO. Warto w tym miejscu wspomnieć również o pięcioosiowej drukarce przyrostowej, tworzonej ze wsparciem Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, która zmieni dotychczasowy sposób myślenia o druku 3D i znajdzie zastosowanie nie tylko w utrzymaniu ruchu, ale we wszystkich procesach produkcyjnych.

 

Wydruk 3D detalu finalnego w technologii FDM (Źródło: CadXpert)

 

Podsumowanie

Ten krótki przegląd wybranych rozwiązań do druku 3D dostępnych na polskim rynku pokazuje, że działy utrzymania ruchu, które chcą wdrożyć technologie przyrostowe, mogą liczyć na bogatą ofertę tych urządzeń. Technologie addytywne są bezkonkurencyjne wszędzie tam, gdzie istnieje konieczność wprowadzenia szybkich usprawnień na liniach produkcyjnych, umożliwiają też stosunkowo niedrogie sprawdzenie działania i funkcjonalności kilku wersji prototypów. Niskie koszty tego rozwiązania są ogromną zaletą również w przypadku błędu w projektowaniu, gdyż pomyłki nie są aż tak kosztowne i można je łatwo naprawić. Dzięki drukowi 3D działy utrzymania ruchu nie muszą być zależne od dostawców, co pozwala na oszczędność czasu i pieniędzy. Z pewnością druk przestrzenny nie rozwiąże wszystkich problemów, z jakimi borykają się działy utrzymania ruchu, ale drukarki 3D mogą stać się bardzo ważnym i pomocnym elementem ich wyposażenia, który sprawdzi się w wielu kryzysowych sytuacjach.

Anna Witkowska jest dziennikarką od wielu lat współpracującą z prasą branżową.

Tekst pochodzi z nr 1/2018 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”.