Materialise – firma zajmująca się zagadnieniami z zakresu inżynierii, projektowania 3D oraz druku 3D, szerokiemu gronu odbiorców znana jest przede wszystkim z usługowego wytwarzania detali w technologiach addytywnych. Możliwość zamówienia wydruków z szerokiej gamy metali za pośrednictwem przedsiębiorstwa jak Materialise jest optymalnym rozwiązaniem dla firm, które wahają się nad zakupem własnej maszyny lub pozyskiwanie wydruków 3D od zewnętrznego dostawcy jest dla nich bardziej opłacalne. W kolejnym artykule z naszego cyklu skupimy się na redukcji kosztów, jaką implikuje zastąpienie konwencjonalnych owytwarzania technologią druku 3D. Rozszerzona wersja poniższego artykułu dostępna na stronie Materialise.
Druk 3D z metalu wymaga specjalistycznych maszyn, których domeną jest wysoka cena. Nie jest jednak tajemnicą, że inwestycja w takie urządzenie prowadzi do dużych oszczędności już na etapie produkcji, pozwalając na szybsze tworzenie detali z wykorzystaniem znacznie mniejszej ilości materiału. W przypadku klasycznych technik wytwórczych ilość surowca usuwanego podczas wytwarzania jest często większa niż masa końcowego detalu, co generuje dodatkowe koszty związane m.in. z zarządzaniem metalowymi odpadami.
Rozwiązaniem tego problemu mogą być technologie przyrostowe, wyróżniające się o wiele niższym wskaźnikiem „Buy-to-Fly”, czyli niewielką różnicą pomiędzy ilością wymaganego surowca a masą całkowitą detalu. Nie jest to jedyna przewaga druku 3D nad klasycznymi technikami wytwórczymi – technologie addytywne pozwalają również na zredukowanie masy detalu, co jest niezwykle pożądane w przemyśle ze względu na możliwość zmniejszania kosztów operacyjnych przy jednoczesnym zwiększaniu zakresu ich funkcjonalność.
Wskaźnik Buy-to-Fly
Pojęcie wywodzi się z branży kosmicznej i określa stosunek pomiędzy ilością zużytego materiału a faktyczną wagą wytworzonej części. W wspomnianych ubytkowych metodach wytwarzania ilość metalowych odpadów generowanych w procesie wytwarzania może sięgać nawet 98%! Jak możecie się domyślać, pożądana wartość wskaźnika powinna mieć wartość 1:1 – w rzeczywistości stosunek masy odpadów do wagi gotowej części plasuje się między 6:1 a 30:1.
Wysokie koszty straconego materiału to tylko czubek góry lodowej – firmy borykają się z coraz bardziej rygorystycznymi wymaganiami związanymi z zarządzaniem odpadami, których nieprzestrzeganie może generować niebotyczne kary.
Mniejsza masa, większy zysk
Technologie przyrostowe pozwalają również na tworzenie lżejszych detali – prawidłowo przygotowany projekt umożliwia zastąpienie litego wypełnienia strukturą kratownicy przy zachowaniu wszystkich niezbędnych właściwości materiałowych. A w niemal każdej branży redukcja masy detalu wiąże się z wymiernymi korzyściami – szczególnie w przypadku przemysłu lotniczego, gdzie każdy gram ma znaczenie. W jednym z poprzednich artykułów z naszego cyklu pisaliśmy o kosztach wysłania jednego kilograma na orbitę.
Druk 3D daje ogromną swobodę projektowania, pozwalając na tworzenie mikrostruktur, modeli cienkościennych, kanałów wewnętrznych i cech geometrycznych, które byłyby bardzo trudne (często niemożliwe) do realizacji przy użyciu tradycyjnych metod, np. konstrukcji o budowie plastra miodu wewnątrz stalowych paneli. Dodatkowo, właściwy projekt pozwala na scalenie kilku części i wydrukowanie ich przestrzennie w formie jednego detalu, co może znacząco wpłynąć na żywotność danego elementu.
Wśród materiałów najczęściej wykorzystywanych w procesach druku 3D można wyróżnić stal nierdzewną, stopy aluminium, superstopy kobaltowo-chromowe, stale narzędziowe, komercyjnie czysty tytan oraz stopy tytanu, miedzi i metale szlachetne. W przypadku metali wyróżniających się wysoką ceną (jak metale szlachetne) szczególnie ważne są oszczędności generowane w procesie redukcji odpadów, mające istotny wpływ na wyniki finansowe firmy.
Główne obszary wykorzystania druku 3D do obniżenia kosztów
Zwiększanie popularności technologii addytywnych może mieć również zbawienny wpływ na środowisko naturalne. Niemal stuprocentowe wykorzystanie tworzywa, wysoki stopień recyklingu materiału i niższe zużycie energii (wynikające m.in. z skrócenia cyklu produkcyjnego) przekłada sie na korzyści zarówno dla firmy jak i środowiska.
Firmy które wykorzystują kosztowne stopy metali często borykają się z problemem obniżenia wskaźnika Buy-to-Fly. Produkcja dużych ilości odpadów jest szczególnym problemem w przypadku przedsiębiorstw wykorzystujących tzw. „superstopy”, aby nadać produkowanym detalom określone właściwości fizyczne, będące optymalną kombinacją wytrzymałości, masy, elastyczności, trwałości i tolerancji temperaturowej. Wśród branży, dla których zmniejszenie stosunku Buy-to-Fly dzięki technologii druku 3D jest szczególnie korzystne wyróżniamy:
Przemysł kosmiczny i lotniczy
Przedstawiciele przemysłu lotniczego oraz kosmicznego szukają nowych rozwiązań, które pozwolą im na osiągnięcie jak najmniejszego poziomu zużycia paliwa. W tym celu wykorzystują lekkie metale (jak tytan czy aluminium) łącząc je z optymalnym projektowaniem struktur zdatnych do druku przestrzennego.
Automotive
Wysokiej klasy pojazdy wymagają lekkich części o dużej wytrzymałości mechanicznej, tak aby uzyskiwać jak najlepsze osiągi przy niskiej awaryjności. Zastosowana optymalizacja topologii idąca w parze z techniką druku 3D w metalu możne przyczynić się do zapewnienia maksymalnej wytrzymałości przy minimalnej masie to opcja – złotego środka, którego poszukuje wielu producentów.
Automatyka przemysłowa
Automatyka przemysłowa wymaga rozwiązań, które są szybkie, wydajne i precyzyjne, wymagających jednocześnie niewielkich kosztów. Często takie aplikacje wiążą się z koniecznością indywidualnego podejścia i stworzenia geometrii oraz właściwości dostosowanych do konkretnego przypadku. Lżejsze części zapewniają osiąganie optymalnych własności w rozwiązaniach końcowych oraz zmniejszenie ogólnych kosztów systemu, a niski współczynnik Buy-to-fly w przypadku kosztownych materiałów zmniejsza nakłady finansowe potrzebne do ich wytworzenia.
ZOBACZ: Jak druk 3D z metalu zoptymalizował produkcję w fabryce żarówek Philips?
Produkcja narzędzi
W przypadku indywidualnych narzędzi przygotowywanych na potrzeby konkretnych zastosowań druk 3D z metalu wydaje się być optymalnym rozwiązaniem, pozwalającym na stosunkowo tanią produkcję seryjną. Osiągniecie wysokiego poziomu personalizacji narzędzi przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia materiału może okazać się kluczową kwestią w produkcji narzędzi mocowanych na ramionach manipulatorów oraz robotów.
Produkcja na zamówienie
Dla producentów części wytwarzanych na zlecenie ważnym czynnikiem jest minimalizowanie ilości odpadów wytwarzanych podczas procesów produkcyjnych przy jednoczesnym obniżaniu masy wyrobów, tak aby utrzymać opłacalne stawki wysyłki. Dzięki technologii druku 3D ilość zużywanego materiału maleje – redukowana jest natomiast liczba zużytego materiału, który nie może zostać wykorzystany ponownie.
Materiał powstał we współpracy z Materialise NV. Więcej informacji dotyczących zalet technologii addytywnych wykorzystujących proszki metaliczne i redukcji koszów z nią związanych zajdziecie na stronie internetowej – tam również wypełniając krótki formularz możecie bezpłatnie pobrać pełną wersję raportu w formacie PDF.
Chcesz dowiedzieć się więcej o druku 3D z metalu? Skontaktuj się z specjalistami Materialise, pisząc na adres: [email protected]
