8 razy „TAK!” dla druku 3D z metalu – przewodnik po zastosowaniach technologii

0

Niemal na każdym etapie tworzenia detali z metalu inżynierowie muszą stawać przed kolejnymi wyborami, związanymi z optymalizacją projektów czy doborem odpowiedniej metody wytwórczej. Przez ostatnie dziesięciolecia standardowe metody wytwarzania, takie jak frezowanie, odlewanie, formowanie, spawanie zostały świetnie poznane przez specjalistów, którzy bez większych problemów potrafią określić zarówno ich wady jak i zalety.

Sprawa wygląda nieco inaczej w przypadku nowych, zyskujących popularność metod wytwórczych, takich jak druk 3D z metalu. Pewnie niejednokrotnie zastanawialiście się na czy technologie przyrostowe, wykorzystujące proszki metaliczne mogą być traktowane wymiennie z technologiami ubytkowymi?

Firma Materialise, zajmująca się optymalizacją projektów oraz wytwarzaniem addytywnym przygotowała krótki przewodnik po zastosowaniach technologii druku 3D z stopów metali. Jego pełna wersja w formacie PDF dostępna jest na stronie internetowej firmy.

  1. Radiatory

    Zadaniem radiatorów jest rozpraszanie ciepła generowanego przez urządzenia – znajdziecie je w komputerach, wzmacniaczach czy systemach mechanicznych. W dobie miniaturyzacji dąży się do osiągnięcia jak najwyższej wydajności radiatora przy jak najmniejszej zajmowanej powierzchni.

    Stanowi to największe wyzwanie przed twórcami tego typu urządzeń. Możliwość wykorzystania swobody projektowania, jaka idzie w parze z technologiami przyrostowymi, pozwala na tworzenie cienkich konstrukcji geometrycznych, optymalnie wykorzystujących całą przestrzeń.

    Radiator drukowany przestrzennie z aluminium

    Co więcej, wykorzystanie w procesie druku 3D aluminium – materiału cechującego się wysoka przewodnością cieplną sprawia, że w tym przypadku zastosowanie tej metody wytwórczej jest całkowicie zasadne.

  2. Części zamienne

    Zapotrzebowanie na części zamienne jest trudne do przewidzenia – możliwość ich addytywnej produkcji może nie tylko wiązać się z krótszym czasem ich dostarczenia, ale również redukcją kosztów.

    Na łamach Centrum Druku 3D niejednokrotnie mogliście czytać o wykorzystaniu technologii druku 3D do tworzenia części zamiennych „on demand”, która niesie ze sobą wiele korzyści związanych z  redukcją kosztów związanych z magazynowaniem oraz transportem.

    Lokalna produkcja części zamiennych jest możliwa poprzez tworzenie cyfrowych modeli, w pełni zoptymalizowanych pod kątem wykorzystania materiału, właściwej masy oraz funkcji, które mają pełnić.

    Aluminiowa chłodnica przepływowa

  3. Elementy konstrukcyjne

    W cyklu artykułów o druku 3D z metalu niejednokrotnie pisaliśmy, o tym jak kluczową wartość w technologiach przyrostowych ma swoboda projektowania i brak ograniczeń obecnych w przypadku innych metod wytwórczych. Konstrukcje tworzone w wyniku optymalizacji topologicznej często prowadzą do powstania bardzo złożonych kształtów, co wymaga precyzyjnych metod produkcyjnych.

    Dodatkową przewagą konstrukcji metalowych wytwarzanych w procesach druku 3D jest ich niska masa, która jest możliwa do osiągnięcia bez wpływu na wytrzymałość produktu. W jednym z poprzednich case studies opisywaliśmy, jak dzięki odpowiedniemu projektowi oraz technologii druku 3D z metalu udało się kilkukrotnie obniżyć masę detalu.

    Montaż tytanowych wahaczy, wytworzonych w technologii druku 3D

  4. Optymalizacja części i oprzyrządowania

    Skomplikowane geometrię to wizytówka technologii przyrostowych – często można spotkać się z stwierdzeniem, że druk 3D pozwala na tworzenie struktur nieosiągalnych dla konwencjonalnych metod produkcji. Żywym przykładem są kanały konformalne o skomplikowanych kształtach, wykorzystywane do chłodzenia części i minimalizowania negatywnych skutków przegrzewania się elementów.

    Aluminiowy detal z kanałami chłodzącymi

  5. Urządzenia medyczne

    Medycyna to branża, która obok przemysłu najintensywniej rozwija kolejne aplikacje wymagające przyrostowych metod wytwarzania. Wszystko za sprawą tzw. „medycyny spersonalizowanej”, która pozwala na tworzenie implantów czy urządzeń medycznych stworzonych pod kątem konkretnego przypadku medycznego.

    Tytanowa proteza z drukarki 3D

    Wśród materiałów najczęściej wykorzystywanych w procesach druku 3D implantów wymienia się tytan, który ze względu na biokompatybilność, która idzie w parze z niską wagą i właściwościami antykorozyjnymi. Na poziomie personalizacji dla potrzeb danego pacjenta druk 3D jest jak na razie jedyną wykonalną technicznie, a jednocześnie rentowną metodą produkcji.

  6. Przetwarzanie żywności

    Firmy zajmujące się przetwarzaniem żywności często potrzebują części wykonanych na zamówienie. Niskoseryjna produkcja często wydaje się nierentowana – jednak w przypadku druku 3D koszt nie jest uzależniony od wielkości serii, co pozwala na stosunkowo tanie wykonanie kilku sztuk potrzebnego elementu.

    W wytwarzaniu detali na potrzeby producentów żywności, podobnie jak w medycynie, kluczowym czynnikiem jest bezpieczeństwo odbiorców. Części muszą być wykonywane z materiałów, które mogą mieć kontakt z pożywieniem – odpowiednim tworzywem będzie zatem biokompatybilny stop tytanu.

    Co więcej, poprzez odpowiednią edycję projektu można zmniejszyć liczbę elementów danej części i wyeliminować tym samym ryzyko przestojów oraz konieczność konserwacji.

    Tytanowa dysza z drukarki 3D

  7. Moda i projektowanie

    Druk 3D z metalu nie jest jedynie domeną przemysłu – artyści zafascynowani nietypowymi strukturami i geometriami, które można osiągnąć poprzez wykorzystanie druku 3D coraz częściej sięgają po tę metodę wytwarzania. Rosnąca dostępność technologii przyrostowych jest bodźcem do tworzenia spersonalizowanej biżuterii, okularów czy innych akcesoriów.

    W limitowanych seriach produktów, gdzie produkowanych jest kilkadziesiąt sztuk ważne jest znalezienie metody, która pozwoli na rentowna produkcję niskoseryjną. Technologia wytwarzania addytywnego z proszków metalicznych daje możliwość szybkiego tworzenia niewielkiej ilości detali przy szybkim terminie realizacji.

    Buty z lekkim, tytanowym obcasem

  8. Automatyka przemysłowa

    Technologie przemysłowe są optymalne szczególnie w tych dziedzinach, gdzie przeważają niestandardowe rozwiązania, skrojone na potrzeby klienta. Dodatkowo, projekty dedykowane przyrostowym technologiom wytwarzania pozwalają na redukcję ilości niezbędnego materiału, przy zachowaniu właściwości mechanicznych.

    W aplikacjach przemysłowych dużą popularnością cieszy się aluminium – materiał o wysokiej wytrzymałości i niskiej wadze, pozwalający na tworzenie trwałych rozwiązań do automatyki.

Jaki materiał wybrać?

Wybór materiału uwarunkowany jest przede wszystkim przez zastosowanie danego detalu oraz jego kluczowych cech, które chcemy uzyskać. Materialise daje możliwość wytwarzania z czterech najbardziej popularnych stopów metali:

  • Tytan (TiAl6V4) – tworzywo łączące doskonałe właściwości materiałowe z niską masą oraz odpornoscią korozyjną, przez co może być wykorzystywane w środowisku inżynieryjnym,
  • Aluminium (AlSi10Mg) – stop zyskującego popularność materiału, wyróżniającego się niewielką masą oraz właściwościami mechanicznymi odpowiednimi dla wielu aplikacji,
  • Stal nierdzewna (316L lub 1.4404) – jedne z najpopularniejszych stopów stali austenitycznych, wyróżniających się m.in. wysoką odpornością na korozję.

Materiał powstał we współpracy z Materialise NV. Więcej informacji dotyczących zalet technologii addytywnych wykorzystujących proszki metaliczne zajdziecie na stronie internetowej – tam również wypełniając krótki formularz możecie bezpłatnie pobrać pełną wersję przewodnika po druku 3D z metalu.

ZOBACZ TEŻ: CASE STUDY: Jak druk 3D z metalu zoptymalizował produkcję w fabryce żarówek Philips?

ZOBACZ TEŻ: CASE STUDY: Optymalizacja projektów pod kątem druku 3D z metalu

Udostępnij.

O autorze

Magdalena Przychodniak

Redaktor Naczelna Centrum Druku 3D. Inżynier biomedyczny śledzący najnowsze doniesienia dotyczące biodruku oraz zastosowań druku przestrzennego w nowoczesnej medycynie.