Obok internetu rzeczy, sztucznej inteligencji, wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości czy przetwarzania danych w chmurze to właśnie drukowanie przestrzenne będzie jedną z tych technologii, które w najbliższych dekadach – w dobie transformacji cyfrowej – będą zmieniać oblicze przemysłu. Technika druku 3D nie jest jednak, jak pozostałe wymienione, całkowicie nową technologią. Po raz pierwszy o wytwarzaniu przyrostowym można było usłyszeć już ponad 40 lat temu, jednak wówczas głównie w kontekście szybkiego prototypowania. Nikt chyba wtedy nie przypuszczał, że w przyszłości metoda ta zrewolucjonizuje produkcję przemysłową.

Giganci sięgają po druk 3D

Szereg zalet, jakie niesie ze sobą technika wytwarzania przyrosto wego – m.in. oszczędność czasu i pieniędzy, mniejsze zużycie materiału, produkcja elementów o różnej wielkości i skomplikowanych kształtach – sprawia, że sięgają po nią znaczący producenci z różnych branż. Dziś jednym z największych graczy w tym sektorze rynku jest koncern General Electric, który kilka lat temu za kwotę 1,5 mld dolarów nabył dwie firmy specjalizujące się w produkcji drukarek 3D. Pierwotnym planem było wykorzystanie tej technologii do wytwarzania podzespołów dla przemysłu lotniczego, jednak obecnie GE chce zostać globalnym liderem w produkcji drukarek przestrzennych.

Takich transakcji jak ta z udziałem GE w ostatnich latach było dużo więcej. Na przykład BMW do spółki m.in. z Google Ventures przejęły jeden ze start-upów specjalizujących się w druku 3D z metalu. Zresztą w branży motoryzacyjnej coraz więcej koncernów stosuje już w różnym zakresie technikę produkcji addytywnej. Co ciekawe, nie tylko koncerny stricte produkcyjne widzą korzyści z inwestycji w technologię wytwarzania przyrostowego. Wśród firm, które zainteresowały się tą metodą produkcyjną, znalazł się też chociażby Disney.

Metal, szkło, a nawet czekolada

W technologii druku 3D początkowo stosowało się głównie materiały na bazie różnych rodzajów tworzyw sztucznych. Od czasu jednak, kiedy zaczęła się ona upowszechniać, zauważalny jest dynamiczny rozwój wykorzystywanych materiałów. Obecnie w procesach produkcyjnych jednym z najbardziej obiecujących jest metal – wykorzystuje się go w metodzie bezpośredniego spiekania laserowego, która może wyprzeć tradycyjne techniki ubytkowe stosowane przy obróbce metali, jak frezowanie, cięcie czy toczenie. Już teraz elementy wykonane tą techniką odznaczają się dużą trwałością, niezłą jakością i nie wymagają skomplikowanej obróbki wykończeniowej. Co ważne, możliwe jest wydrukowanie elementów o skomplikowanej geometrii, które są niezwykle trudne do wytworzenia klasycznymi metodami ubytkowymi. Na rynku dostępny jest szeroki wybór proszków metali do druku 3D – od stali nierdzewnej poprzez aluminium aż po tytan, nikiel czy chrom.

Nie tylko jednak w stronę metali poszła w ostatnich latach technologia druku trójwymiarowego. Firmy specjalizujące się w tworzeniu filamentów umożliwiają już wytwarzanie elementów m.in. z ceramiki, szkła, gumy, różnego rodzaju żywic, betonu, cukru czy nawet czekolady. Wciąż jednak znajdujemy się na etapie poszukiwania najbardziej optymalnych i specjalistycznych materiałów do produkcji metodą druku 3D.

Na przykład mieszanka nylonu z domieszką włókna węglowego zapewnia bardzo dużą wytrzymałość, porównywalną do metali, jednak z większą plastycznością. Z kolei amerykańscy naukowcy z Massachusetts Institute of Technology testują nową technologię druku przy użyciu włókien celulozowych. Może ona znaleźć zastosowanie m.in. w budownictwie i farmacji. Znaczący postęp w rozwoju metody druku przestrzennego mogą zapewnić żywice utwardzane światłem, które pozwolą ponadto zdecydowanie przyspieszyć sam pro ces produkcyjny. Trwają też prace m.in. nad drukiem 3D z grafenu.

Dziś trudno jednoznacznie stwierdzić, jaki materiał będzie dominował w przyszłości w produkcji metodą wytwarzania addytywnego. Duża różnorodność dostępnych materiałów daje możliwość dokonania wyboru w zależności od potrzeb. Niewykluczone jednak, że najbardziej optymalnego filamentu jeszcze nie wynaleziono. 

Coraz więcej branż stawia na druk 3D

Technologia druku 3D jest dziś coraz częściej stosowana przez firmy z różnych gałęzi przemysłu. Przy jej użyciu powstają coraz bardziej skomplikowane geometrycznie elementy, od których wymaga się także dużej wytrzymałości. Nie dziwi więc fakt, że na tę metodę wytwarzania części stawia także branża lotnicza, w tym takie firmy jak Boeing czy Airbus. Ta pierwsza prace nad technologią przyrostową prowadzi od końcówki ubiegłego stulecia, a obecnie testuje wytworzone w ten sposób większe elementy, m.in. skrzydła. Także Airbus do swoich maszyn wprowadza elementy konstrukcyjne (wsporniki kabiny i skrzydeł) wykonane techniką przyrostową, a GE planuje wdrożenie do seryjnej produkcji silnika turbośmigłowego, w którym co trzeci element został wyprodukowany przy użyciu drukarek 3D.

Również branża kolejowa coraz chętniej spogląda w kierunku wytwarzania addytywnego. W Europie powstał nawet projekt Run2Rail, w ramach którego Komisja Europejska promuje m.in. druk 3D jako sposób na projektowanie bardziej niezawodnych i lżejszych pociągów, które dzięki temu w mniejszym stopniu niszczyłyby tory i emitowały mniej hałasu. W ostatnich latach także firmy budowlane wykorzystują metodę druku 3D – powstały już nawet pierwsze spektakularne obiekty.

W Amsterdamie np. start-up MX3D przy współpracy z ABB wydrukował przęsło mostu ze stali nierdzewnej. Most nie został jeszcze ukończony, gdyż holenderskie prawo budowlane nie przewidywało do tej pory możliwości wykonania elementów konstrukcyjnych obiektów publicznych techniką druku 3D. Powstają też pierwsze drukowane budynki – w Dubaju w ciągu 17 dni wytworzono w ten sposób kilkupiętrowy budynek biurowy, a w Eindhoven powstaje eksperymentalne osiedle pięciu domków.

Bardzo ważne zastosowania technologia druku 3D znajduje w branży medycznej. Wykorzystuje się ją do wytwarzania m.in. protez kończyn, ale też implantów czaszki. I prowadzone są dalsze badania, w ramach których za pomocą technologii przyrostowej wytwarza się ludzkie organy: kości, nerki, uszy, a nawet skórę.

Innowacyjne rozwiązania

Niewątpliwie w sektorze druku przestrzennego czeka nas jeszcze sporo zmian. Drukarki 3D będą optymalizowane pod względem ich wielkości, konstrukcji i szybkości pracy, można się też spodziewać rozwoju oprogramowania sterującego. Wprowadzanie idei Przemysłu 4.0 sprawi, że urządzenia do wytwarzania przyrostowego staną się elementem składowym większych linii produkcyjnych. Firma DMG Mori postawiła duży krok w tym kierunku, tworząc hybrydową maszynę Lasertec 65, która łączy cechy pięcioosiowej frezarki CNC oraz drukarki 3D. Dowolna niemalże wymienność tych dwóch technik podczas jednego procesu produkcyjnego pozwoli na wykonanie w znacznie krótszym czasie bardziej skomplikowanych detali.

Z kolei firma OMNI3D w swojej drukarce Factory 2.0 wprowadziła dwa innowacyjne rozwiązania. Pierwsze z nich zapewnia optymalne chłodzenie cieczą głowicy drukarki oraz silnika ekstrudera, drugie zaś, czyli jednoczesne podgrzewanie powierzchni platformy roboczej i komory drukarki, przyczynia się do zmniejszenia poboru energii.

Czas pokaże, w jakim kierunku będzie się rozwijał druk 3D. Nie ma jednak wątpliwości, że technologia ta, nawet jeśli nie wyprze całkowicie klasycznych technik obróbczych, będzie równie często stosowaną metodą produkcyjną.