Technologia druku 3D rozwija się na tyle dynamicznie, że mówi się tu nawet o kolejnej rewolucji przemysłowej. Nowe rozwiązania, których celem jest automatyzacja druku, sprawiają, że branża ta ma olbrzymi potencjał. Klienci mogą dobierać odpowiednie dla siebie techniki drukowania dzięki powszechnej dostępności tej technologii. Widocznym dziś trendem, wpisującym się w koncepcję Przemysłu 4.0, jest opracowywanie rozwiązań zmierzających do polepszania jakości druku, skracania czasu produkcji detali z wykorzystaniem tej technologii oraz automatyzacji druku 3D.

Do wytworzenia produktu z drukarki 3D nie jest wymagane każdorazowe opracowywanie skomplikowanych wzorów, ale „tylko” przygotowanie projektu w specjalnym programie. Nie ma też potrzeby ciągłego nadzoru nad pracą drukarki, co byłoby uciążliwe np. w procesie trwającym kilkanaście lub kilkadziesiąt godzin. Wciąż jednak producenci drukarek 3D dążą do pełnej automatyzacji, czyli sytuacji, w której urządzenia będą działały, nadzorując siebie nawzajem, bez konieczności ingerencji człowieka.

Drukujące roboty

Automatyzacja druku 3D ma na celu nie tylko oszczędność czasu, ale też wdrożenie rozwiązań umożliwiających wytwarzanie przedmiotów o większych rozmiarach. Inżynierowie opracowują tzw. roboty drukujące metodą 3D, które mogą zrewolucjonizować wiele branż.

Na przykład rosyjska firma Apis Cor zaprojektowała robota, który jest w stanie wydrukować w jedną dobę domek o powierzchni nawet 40 m². Całkowity koszt (wraz z wykończeniem) to nieco ponad 41 tys. zł. W tym wypadku proces druku był maksymalnie zautomatyzowany – praca człowieka ograniczała się do zainstalowania wzmocnienia oraz belki nad otworami na drzwi i okna.

Z kolei firma Autodesk opracowała Project Escher – rozwiązanie, które nie jest zwykłą drukarką, ale niemal linią produkcyjną. Zainstalowano w niej pięć głowic odpowiednio konfigurowanych przez wbudowany sterownik. Do tworzenia dużych przedmiotów wykorzystuje się tu wiele głowic równocześnie. Każda zajmuje się konkretnym fragmentem obiektu, co przyczynia się do skrócenia czasu wytworzenia całości. Głowice poruszają się niezależnie od siebie w osiach XY, nakładając kolejne warstwy tworzywa sztucznego. Po zakończeniu warstwy się podnoszą i praca jest kontynuowana już w osi Z. W planach firmy Autodesk jest całkowite zautomatyzowanie Project Eschera i wyposażenie go w kolejne funkcje. Wielogłowicowa drukarka trafi do sprzedaży na przełomie 2017 i 2018 r.

Minimalna ingerencja

Amerykańska firma Carbon 3D – której hasło brzmi: „Stop prototyping. Start producing” – zaprezentowała w tym roku Carbon Speed Cell, czyli system połączonych urządzeń, które umożliwiają zautomatyzowanie zamkniętego procesu wytwarzania elementów finalnych bez potrzeby zewnętrznej ingerencji. Wśród komponentów systemu znajduje się m.in. stacja do automatycznej obróbki końcowej wykonanych wydruków – Smart Part Washer. W przyszłości może być poszerzona o kolejne elementy, np. automatyczny dozownik żywicy fotopolimerowej. Prace nad rozwojem tego rozwiązania mają na celu całkowitą eliminację ingerencji człowieka.

Także firma Voodoo Manufacturing pracuje nad skoordynowaniem drukujących urządzeń. Jej projekt Skywalker ma zautomatyzować proces usuwania platform roboczych z ukończonymi wydrukami. W przypadku pojedynczej drukarki ich usunięcie nie stanowi problemu, inaczej jest jednak, gdy dziennie powstaje kilkaset wydruków. Dlatego też opracowano manipulator robotyczny przenoszący platformy z gotowymi wydrukami – jego oprogramowanie zsynchronizowano z oprogramowaniem drukarek 3D, dzięki czemu komunikowane jest zakończenie druku lub umieszczenie nowego stołu wewnątrz urządzenia. Mechanizm pozwolił na automatyzację procesu w takim stopniu, że twórcy chcą go wykorzystać w projekcie systemu Lights Out, który ma działać całkowicie bez ingerencji człowieka.

Kolejna firma z USA – 3D Systems – pod koniec 2016 r. zaprezentowała rozwiązanie na wzór seryjnego procesu produkcji z wykorzystaniem druku 3D w technologii SLA. To SLAbot-1, czyli robotyczne ramię wyposażone w oprzyrządowanie do stereolitograficznego druku 3D. Ramię ma możliwość manipulowania obiektami, obracania ich, osuszania z nadmiaru żywicy, odkładania na wyznaczone miejsce oraz przygotowania i wydruku kolejnego elementu. Wytwarzanie i końcowa obróbka odbywają się przy minimalnym udziale operatora. Pod koniec przyszłego roku premierę będzie miał natomiast system DMP 8500. To pierwsze w pełni skalowalne, zautomatyzowane i całkowicie zintegrowane rozwiązanie do wytwarzania addytywnego z proszków metalicznych. System ten jest przeznaczony do produkcji masowej, ponieważ ma jeden z największych obszarów roboczych na rynku i oferuje zautomatyzowane procesy wytwarzania oraz post-processingu.

Zespół naukowców Mediated Matter opracował natomiast Digital Constructions Platform (DCP) – mobilny system konstrukcyjny, który w sposób zautomatyzowany buduje struktury architektoniczne. Robot ten, wykorzystujący technologię druku 3D, potrafi się poruszać dzięki napędowi gąsienicowemu, wyposażony jest w silnik elektryczny i panele słoneczne. Objętość druku dochodzi do 2786 m³. Zespół badawczy dąży do tego, by DCP mógł w pełni autonomicznie pracować na dowolnym placu budowy. Naukowcy chcą wytworzyć silne i precyzyjne ramię z długim zasięgiem i wymiennymi końcówkami. System wzbudza olbrzymie zainteresowanie w branży budowlanej, wojsku, a nawet w NASA – w kontekście kolonizacji Marsa.

Samoobsługa na farmach

Sporym zainteresowaniem cieszą się też farmy drukarek 3D, które mogą zrewolucjonizować wiele branż. Są one testowane m.in. na Politechnice Śląskiej, gdzie farma taka powstała dzięki współpracy z 3DGence. Z kolei firma Monkeyfab uruchomiła farmę drukarek na Wydziale Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej. W systemach takich drukarki obsługiwane są centralnie za pośrednictwem serwera i sieci LAN, nie potrzebują więc operatora.

Przykładem farmy drukarek 3D jest też wyprodukowany przez firmę Stratasys system masowej produkcji części 3D w technologii FDM – Stratasys Continuous Build 3D Demonstrator. Ta maksymalnie zautomatyzowana i zarządzana centralnie farma w razie potrzeby może się rozrastać (system jest w pełni skalowalny). Dzięki daleko idącej automatyzacji nie są tu dopuszczane zaburzenia procesu produkcyjnego – uszkodzony moduł jest automatycznie zastępowany przez inny, sprawny. Oprócz tego po zakończeniu pracy drukarka sama wysuwa model do specjalnego pojemnika i rozpoczyna pracę na nowo. Nie jest tu konieczna interwencja operatora.