Jakie są zalety drukowania 3D? A wady? Sprawdź nasze podsumowanie, w którym porównujemy drukowanie 3D, z tradycyjnymi procesami produkcyjnymi.
Czym jest druk 3D?
Produkcja przyrostowa obejmuje teraz dużą gałąź systemów przemysłowych (i hobbystycznych) do tworzenia nowych części i produktów. Częściej nazywane drukowaniem 3D, większość systemów w tej kategorii, charakteryzuje się metodą budowania części warstwa po warstwie.
Są jednak pewne różnice, między poszczególnymi systemami. Obecnie istnieje 10 rodzajów technologii, w jakich pracują drukarki 3D. Główne różnice między drukowaniem 3D, a bardziej typowymi procesami przemysłowymi, można podzielić na kategorie:
- Prędkość określa, jak szybko można wyprodukować daną część, od projektu do jej wykończenia.
- Koszt to średnia kwota finansowania, potrzebna do utworzenia pojedynczej części.
- Jakość jest realistyczną miarą tego, jak perfekcyjnie i precyzyjnie można wykonać część.
- Spójność polega na tym, jak podobne „identyczne” części są pomiędzy oddzielnymi seriami produkcyjnymi.
- Elastyczność określa, jak łatwo można dostosować projekt lub zmodyfikować go podczas produkcji.
- Dostępność to przybliżona miara tego, jak łatwo osoba lub firma, może uzyskać środki do stworzenia części lub produktu.
- Zrównoważony rozwój to przybliżona miara ilości odpadów, wytwarzanych przez produkcję pojedynczej części oraz łatwość, z jaką część można poddać recyklingowi, w porównaniu z innymi procesami.
Prędkość
Jedną z największych zalet drukowania 3D, podsumowano w dwóch słowach: Rapid Prototyping .
Szybkie prototypowanie, to przede wszystkim zdolność do projektowania, produkcji i testowania niestandardowych części w jak najkrótszym czasie, a następnie możliwość łatwej modyfikacji projektu, bez negatywnego wpływu na szybkość procesu produkcyjnego.
Zanim druk 3D zaistniał, jako jeden z głównych procesów produkcyjnych, wyprodukowanie prototypu zajmowało całe tygodnie. Za każdym razem, gdy dokonywano zmiany, wyprodukowanie zmodyfikowanego projektu mogło potrwać jeszcze kilka tygodni. Doliczmy do tego czas wysyłki, a pełne opracowanie produktu od początku do końca, mogło zająć nawet rok.
A teraz wejdź do świata nowoczesnego druku 3D: firmy mają teraz możliwość zaprojektowania części, wyprodukowania jej na profesjonalnej drukarce 3D, a następnie przetestowania jej, wszystko to w ciągu kilku dni (a czasem nawet krócej). Oznacza to, że czas potrzebny do skutecznego prototypowania części, od początku do końca został zdziesiątkowany niemal do zera!
Nie zapominajmy też o hobbistach. Wraz z pojawieniem się desktopowych drukarek 3D, hobbiści i entuzjaści, mogą teraz stworzyć niemal wszystko. Drukarki 3D, to także sposób na uwolnienie się od długich czasów realizacji zleceń, związanych z outsourcingiem skomplikowanych zadań produkcyjnych. Dla tych użytkowników drukarek 3D, szybkie prototypowanie nabiera zupełnie nowego znaczenia: to brak ograniczeń związanych z minimalnymi zamówieniami. Dzięki drukowi 3D, można z łatwością dostosowywać wszystko, co jest tworzone, użytkownicy mogą również udostępniać lub sprzedawać swoje unikalne projekty innym osobom, które także mają drukarki 3D, w domu, w warsztacie lub w firmie.
Nie oznacza to jednak, że drukowanie 3D jest pozbawione wszelkich ograniczeń, zwłaszcza jeśli chodzi o szybkość. Z natury proces tworzenia części, warstwa po warstwie, wymaga ustalonego czasu, co oznacza, że utworzenie jednego komponentu zawsze zajmie dokładnie tyle samo czasu, co produkcja kolejnego. Dzięki takim systemom, jak formowanie wtryskowe, po początkowym zainwestowaniu czasu potrzebnego do stworzenia odpowiednich narzędzi i form, system można zautomatyzować, a część szybko wyprodukować masowo. To znacznie zmniejsza czas potrzebny na produkcję części.
Tak więc w przypadku małych serii produkcyjnych i prototypowania, drukowanie 3D jest jedną z najlepszych opcji pod względem szybkości. Jednak w przypadku produkcji gotowego produktu na skalę masową, tradycyjne systemy produkcyjne wciąż wyprzedzają drukowanie 3D w dłuższej perspektywie.
Koszt
Jak omówiono w poprzedniej sekcji, drukowanie 3D zajmuje dużo mniej czasu na wyprodukowanie pojedynczego unikalnego elementu lub prototypu. Jednak tradycyjne metody produkcji są w stanie przyspieszyć masową produkcję gotowego elementu.
Czy to samo dotyczy bilansu kosztów? W przypadku bardzo małych serii, druk 3D jest tańszy, ponieważ do wyprodukowania części z danego materiału potrzebna będzie tylko jedna lub dwie maszyny (w zależności od systemu). Jest również o wiele mniej odpadów, ponieważ część jest budowana od podstaw, a nie rzeźbiona od góry w dół, jak w niektórych procesach, i nie wymaga dodatkowego oprzyrządowania. W związku z tym koszt jednej części z drukarki 3D, będzie stały dla dowolnej części.
Jednak tradycyjny proces stosowany do masowej produkcji części, zużywa mniej energii, w krótszym czasie do wytworzenia dużej liczby części. Po początkowym koszcie wytworzenia wymaganych narzędzi, koszt części jest często niewiele wyższy, niż koszt materiału użytego do jej wytworzenia. W pewnym momencie, w połączeniu z szybkością tradycyjnego procesu produkcyjnego, zrównoważy początkową inwestycję w maszyny i stanie się mniej kosztowne, niż utrzymanie systemu drukowania 3D, w celu wyprodukowania tej samej części.
Punkt, w którym koszty eksploatacji i konserwacji drukarki 3D, przecinają się z kosztami utrzymania i korzystania z uprzemysłowionej konkurencji, będą się różnić w zależności od tworzonych części. Ten punkt nazywany jest „progiem rentowności”, po którym tradycyjna metoda staje się tańsza, niż drukowanie 3D. W analizie przeprowadzonej przez Xometry ten próg rentowności można znaleźć w pierwszych 150 wyprodukowanych jednostkach, porównując usługi drukowania 3D SLS, z formowaniem wtryskowym dla prostej części testowej.
Jakość
Prawdopodobnie największym ograniczeniem drukowania 3D, jest końcowa jakość części. Ze względu na sposób, w jaki każda kolejna warstwa jest nakładana na ostatnią, w typowych metodach drukowania 3D, nieodłączna słabość wydruku jest dosłownie wbudowana w projekt. Istnieją oczywiście sposoby zaprojektowania części, w oparciu o tę słabość, na przykład utrzymanie pewnych funkcji równolegle do stołu drukującego, ale może to być problematyczne dla osób próbujących stworzyć bardzo wysokiej jakości części do zastosowań przemysłowych.
W przypadku niektórych systemów, kolejną wadą produkcji przyrostowej są nieuniknione linie warstw, wytwarzane wewnątrz i na zewnątrz części, które mogą znacznie obniżyć atrakcyjność wizualną produktu. Istnieją sposoby obróbki drukowanych części 3D, tak aby te warstwy były niewidoczne, ale wymaga to dodatkowego czasu i wysiłku, w porównaniu z produktami wytwarzanymi innymi sposobami.
Najłatwiejszym sposobem rozwiązania tych problemów, jest drukowanie przy użyciu systemów laserowych, w bardzo wysokich rozdzielczościach. Oznacza to jednak, że produkcja części zajmie znacznie więcej czasu (pamiętaj o stałym czasie potrzebnym do wydrukowania danej części, charakterystycznym dla druku 3D) i zależnie od materiału, może nadal wymagać dodatkowej obróbki, aby osiągnąć pełną wytrzymałość. Ponadto takie systemy laserowe, są dość drogie w zakupie i eksploatacji, co czyni je bardziej odpowiednimi dla już uprzemysłowionych i dużych firm.
Spójność
Chociaż można to uznać za rozszerzenie jakości części, zdecydowaliśmy, że spójność powinna być uważana za odrębny temat, ponieważ niekoniecznie oznacza jakość.
W tradycyjnym procesie produkcyjnym, na przykład formowaniu wtryskowym, istnieje procent dowolnej partii części, która może być nieco wadliwa lub niespójna pod względem jakości, w porównaniu z resztą części. Ze względu na ogromny postęp w technologii produkcji przemysłowej, stanowią one bardzo niewielki procent całkowitej liczby części wyprodukowanych w jednostce czasu.
W przypadku drukowania 3D, proces jest nieco bardziej złożony. Ze względu na to, że części są drukowane kolejno, każdy indywidualny wydruk może być monitorowany, a błędy wykrywane w czasie rzeczywistym, co zmniejsza ogólną liczbę uszkodzonych części oraz ilość zmarnowanego materiału. Jednak mogą wystąpić niewielkie niespójności między wydrukami 3D, z powodu niewielkich zmian jakości materiału i otoczenia. Aby partia części była całkowicie spójna, maszyny muszą być bardzo dobrze dostrojone i kontrolowane.
Elastyczność
Kolejną zaletą drukowania 3D, jest zdolność dowolnej drukarki 3D, do wytworzenia niemal wszystkiego, co zmieści się w jej objętości pola roboczego.
W każdym innym procesie produkcyjnym (oprócz frezowania) każda nowa część lub zmiana projektu części, wymaga wytworzenia nowego narzędzia, formy, matrycy lub przyrządu, aby można było utworzyć wspomnianą nową część. Dzięki drukowi 3D, projekt można wprowadzić do oprogramowania slicera, dodać wszelkie potrzebne podpory, a następnie wydrukować, praktycznie bez zmian w naszym sprzęcie.
Kolejną znaną zaletą drukowania 3D, jest możliwość tworzenia „niemożliwych” geometrii, których wcześniej nie można było wyprodukować ani jako części, ani w ogóle.
Nawet rzeczy, które każdy entuzjasta drukowania 3D przyjąłby jako coś oczywistego, takie jak brak wypełnienia, są ogólnie zbyt skomplikowane dla tradycyjnych metod produkcji i jako takie są przypisane wyłącznie do drukowania 3D. Dotyczy to również możliwości włączenia wielu materiałów, podczas drukowania jednego obiektu, co pozwala łączyć i dopasowywać mnóstwo różnych kolorów, tekstur i właściwości mechanicznych.
Kolejną z wielu zalet drukowania 3D, jest możliwość wykonania dowolnego projektu, nawet dla osób z ograniczonym doświadczeniem w obsłudze CAD, możliwość edycji projektów według własnych upodobań, tworzenia unikalnych i całkowicie niestandardowych nowych części. Dla firm oznacza to, że teraz istnieje możliwość, aby każdy klient mógł dostosować produkt do własnego gustu, co jest rosnącym trendem na współczesnych rynkach. Oznacza to również, że dany projekt może być wykonany z szerokiej gamy różnych materiałów .
Dostępność
Jak widzieliśmy podczas naszego spojrzenia na spójność, dostępność systemów drukowania 3D, różni się w zależności od jakości i możliwości systemu.
Chociaż drukarkę 3D FDM, można kupić już za 100 USD , maszyny te są w większości skierowane do indywidualnych konsumentów i hobbystów. Maszyny i systemy przeznaczone dla profesjonalnych użytkowników, to ceny zaczynające się od 1000 USD. Typowo przemysłowe drukarki 3D, mogą kosztować tyle samo lub więcej niż nowy samochód.
Chociaż wydaje się, że powinno to być częścią sekcji koszt, tak naprawdę patrzymy na to, jak łatwo hobbysta, profesjonalista lub firma może uzyskać pełną konfigurację drukowania 3D. Dla porównania, pełna konfiguracja formowania wtryskowego może kosztować około 50 000 USD lub więcej, co nie uwzględnia ceny instalacji ani dodatkowego oprzyrządowania, potrzebnego do samodzielnego tworzenia form.
Tak więc, choć wciąż nie są tanie, systemy drukowania 3D mogą być znacznie łatwiej dostępne i wykorzystywane przez znacznie szerszy krąg ludzi, niż bardziej tradycyjne konfiguracje produkcyjne. Ponadto drukowanie 3D, jest domyślnie prawie całkowicie zautomatyzowane i wymaga niewielkiego lub żadnego dodatkowego personelu do obsługi, nadzorowania i konserwacji urządzenia. To sprawia, że drukowanie 3D jest znacznie bardziej dostępne niż inne systemy produkcyjne na dłuższą metę.
Zrównoważony rozwój
Wspomniana łatwość dostępu, ma również inne implikacje. Załóżmy, że osoba lub firma posiada drukarkę 3D i od tej pory potrzebuje mniej części z outsourcingu. Oznacza to mniejszy wpływ na środowisko, wywoływany wysyłką rzeczy na całym świecie, a ponadto nie wymaga obsługi i konserwacji zewnętrznej fabryki.
Ponadto, jak wspomniano w sekcji kosztów, drukowanie 3D powoduje znacznie mniej odpadów na jedną część. W połączeniu z ogólnie nadającym się do recyklingu charakterem materiałów, używanych do drukowania 3D, staje się jasne, że ten proces wytwórczy, ma dużą zaletę w zakresie natychmiastowego zrównoważonego rozwoju.
Jednak podobnie jak fabryki, drukarki 3D nadal potrzebują energii do pracy i materiałów, z których można budować. Jak widać w dziale Szybkość, przychodzi moment, w którym drukowanie 3D, ustępuje miejsca przemysłowym odpowiednikom.
Dopóki odnawialne źródła energii i „bardziej ekologiczne” przetwarzanie materiałów nie staną się bardziej powszechne, tradycyjna metoda produkcji, może być bardziej zrównoważona na dłuższą metę, przy masowej produkcji określonej liczby produktów.
Wniosek
Podsumowując, główne zalety drukowania 3D, są uwarunkowane szybkością, elastycznością i kosztami. Jak wielokrotnie pisaliśmy w tym artykule, w przypadku małych serii produkcyjnych, prototypowania i hobbystów, drukarka 3D jest znacznie lepszą metodą produkcji niż inne systemy przemysłowe.
Jeśli jednak chcesz rozpocząć masową produkcję produktu, systemy przemysłowe stają się znacznie lepszym wyborem. To może tłumaczyć, dlaczego wiele firm nie postrzega jeszcze druku 3D, jako opłacalnego systemu produkcji nowoczesnych produktów.
Źródło obrazu: Shapeways
