Jak działa druk 3D i kiedy się narodził?
Druk 3D nazywany też drukowaniem przestrzennym narodził się w 1984 r. i jest wynalazkiem niejakiego Chucka Hulla. Przedsiębiorca opatentował technologię w 1986 r. jako stereolitografię (SLA) i założył firmę 3D Systems. Ta zajmowała się produkcją pierwszych drukarek 3D. Wówczas jednak urządzenia te nie były powszechnie wykorzystywane i trochę o nich zapominano. Boom na drukowanie 3D zaczął się rodzić w 2006 r., kiedy to Adrian Bowyer stworzył pierwszy prototyp drukarki 3D przeznaczonej dla osób prywatnych. Zresztą – drukarki 3D potrafili tworzyć nawet polscy przedsiębiorcy. Chociażby Patryk Pijanowski, który drukarkę 3D zbudował w wieku 14 lat.
W 2013 r. technologia ta była już stosunkowo tania. Za samodzielny montaż drukarki RepRapPro Huxley trzeba było zapłacić ok. 430 dolarów, a z elementami do drukowania ok. 540 dolarów. Dziś drukarkę 3D do własnego użytku można kupić nawet poniżej 1000 zł. Technologia zwyczajnie tanieje i jest coraz powszechniej w użyciu. W tym także w przemyśle.
Oczywiście – drukarki do zastosowań produkcyjnych są znacznie większe i droższe, ale stały się zwyczajnie powszechne. Druk przestrzenny to bez wątpienia ważny element przemysłu 4.0, bo pozwala na automatyzację i znacząco przyspiesza proces produkcyjny.
Do samego druku 3D najczęściej z kolei wykorzystuje się ABS, czyli terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy. Wykazuje on sporą twardość, udarność i odporność na zarysowania oraz ma dobre właściwości izolacyjne. Może także pracować w temperaturze od -40 do +85 °C. Nie ma jednak odporności na promieniowanie UV.
ABS w druku 3D wykorzystuje się w zasadzie do wszystkiego – części samochodowych, urządzeń elektronicznych i zabawek. W druku przestrzennym dostępne jest oczywiście więcej materiałów, np. poliwęglany, SLA (utrwalona fotoczuła żywica), czy aluminium, inconel lub stal nierdzewną. Wszystko zależy od produktu i zapotrzebowań przemysłowych czy konsumenckich.
Druk 3D w motoryzacji
Jedną z branż, które prężnie wykorzystują i rozwijają druk 3D, jest motoryzacja. W Polsce z tej technologii korzysta m.in. ABCar Oldtimers. Firma stosuje druk 3D do produkcji elementów wyposażeń zabytkowych pojazdów. W ten sposób dokonuje ich renowacji. Pozwala to na wytworzenie nawet niewielkich, precyzyjnych elementów.
Jak wskazał Bartłomiej Błaszczak (dyrektor ds. projektowania i inżynierii w ABCar Oldtimers) w rozmowie z serwisem centrumdruku3d.pl – samochody Mercedes Benz w obrotomierzach i prędkościomierzach używały cienkich igieł zakończonych półksiężycem. Dziś nikt takich części już nie produkuje. Dzięki drukowi 3D udaje się wytworzyć je ponownie w takiej wersji, w jakiej występowały w starych modelach tej marki. Drukowanie przestrzenne zatem pozwala nie tylko tworzyć innowacje, ale też odkrywać ponownie to, co już dawno jest zapomniane.
Z druku 3D korzysta też Bentley, który dotychczas produkował w ten sposób kilkanaście tysięcy części rocznie. Obecnie firma planuje podwoić wykorzystanie tej technologii. Jak wskazuje firma – komponenty wytworzone przez druk przestrzenny są o połowę tańsze niż te tradycyjne, a wcale nie oznacza, że gorsze jakościowo. Firma zainwestowała 3 mln funtów w rozwój produkcji addytywnej. Co więcej – dzięki całodobowej pracy drukarek 3D możliwe jest wytwarzanie tysięcy nowych elementów, które dodatkowo mogą powstawać w wielu różnych wersjach. Wykorzystanie druku 3D przez Bentleya jest także częścią planu przejścia w kierunku neutralności klimatycznej.
Jak wskazuje firma badawcza Market Research Future – wartość rynku druku 3D w samej tylko motoryzacji w 2020 r. wyniosła 1,6 mld dolarów. Do 2026 r. ma osiągnąć już 4,9 mld dolarów. Druk 3D wykorzystuje także General Motors, który produkuje w ten sposób kanały chłodzące dla układów hamulcowych i narzędzia do montażu. Firma wskazuje, że pozwoliło jej to zaoszczędzić 60% kosztów i aż 9 tygodni pracy.
Z tej technologii ma korzystać także Peugeot do produkcji swojego nowego modelu – Peugeot 308. Francuski gigant drukuje przestrzennie akcesoria wew. samochodu. Uchwyty na napoje, smartfony czy okulary – wszystko to w samochodzie jest zasługą druku 3D. Peugeot wskazuje, że dzięki drukowi 3D może tworzyć bardziej nieszablonowe i elastyczne projekty i dostosowywać swoje pojazdy do klientów.
Automatyzacja, oszczędzanie czasu i pieniędzy, zielona technologia, rozwijanie cyfrowych kompetencji pracowników – wszystko to stoi za drukiem 3D. I jednocześnie jest przecież częścią przemysłu 4.0. W końcu ten za cel stawia sobie zrównoważony rozwój i digitalizację przedsiębiorstw.
Drukowanie 3D… domów!
Drukowanie przestrzenne znajduje zastosowanie nie tylko w przemyśle, ale nawet w budownictwie. Tutaj też znacząco przyspiesza proces twórczy i pomaga tworzyć nieszablonowe rozwiązania. Na zachodzie coraz częściej powstają domy stworzone za pomocą druku 3D. W 2021 r. w Stanach Zjednoczonych organizacja Habitat for Humanity pomogła samotnej matce April Stringfield i jej 13-letniemu synowi wybudować nowy dom w stanie Wirginia.
Wydrukowanie domu o powierzchni 111 mkw zajęło 12 godzin, co skróciło czas budowy domu o co najmniej cztery tygodnie (w Stanach Zjednoczonych często stawia się budynki z drewna czy płyt, które buduje się naprawdę szybko). Dom Stringfieldów ma trzy sypialnie i dwie łazienki, a dzięki drukowi 3D udało się też zaoszczędzić naprawdę sporo pieniędzy. Do produkcji użyto też betonu, dzięki czemu budynek jest znacznie wytrzymalszy niż standardowe, drewniane domy w Stanach. Był to jeden z pierwszych tego typu budynków, które stanęły w Stanach Zjednoczonych.
Takie konstrukcje powstają jednak również w Niemczech czy Niderlandach (Holandii). Ich produkcja jest zazwyczaj tania i szybka, a sam wygląd budynków bardzo niestandardowy, acz nowoczesny.
W Polsce zresztą również funkcjonują już podmioty, które wykorzystują druk 3D do stawiania budynków. Taką spółką jest np. startup REbuild, który już w 2019 r. wytworzył za pomocą drukarki 3DCP budynek o wielkości 7 mkw – a to przecież prawie tyle, co atrakcyjny apartament w centrum Warszawy oddalony o 15 minut drogi (samochodem) od metra!
A tak na poważnie, to osiągnięcie REbuild jest naprawdę imponujące. Startup wydrukował budynek w 13 godzin i zużył do tego 6 ton betonu. Spółka mocno wierzy w Building Information Modeling, czyli budownictwo ekologiczne, recykling i automatyzację wykorzystania prefabrykatów. Z czasem ta technologia będzie prawdopodobnie coraz bardziej się rozwijać.
Druk 3D to wyjątkowa forma produkcji, która ściśle wiąże się z rewolucją przemysłu 4.0 i nowoczesnym budownictwem. W zasadzie technologia ta przypomina fikcyjne replikatory ze Star Treka, które potrafiły wytwarzać materię z energii i dzięki temu tworzyło mnóstwo różnych przedmiotów – w tym nawet żywność. Czy druk 3D okaże się naszym, rzeczywistym replikatorem i zmieni nasz świat? Cóż – w zasadzie już go zmienia.
