Druk 3D w odlewnictwie przemysłowym i jubilerskim

W poprzednich odcinkach AKADEMII DRUKU 3D Canon sporo miejsca poświęciliśmy wykorzystywaniu technologii przyrostowych w szybkim prototypowaniu, co istotnie przyspiesza czas produkcji nowych produktów i wdrażania ich na rynek, jak również w realizacji niskich serii produktowych, gdzie finalne produkty są w większym lub mniejszym stopniu wykonywane na drukarkach 3D. Jest jednak jeszcze jeden obszar, gdzie druk 3D ma nieocenione zastosowanie – czyli odlewnictwo, gdzie wykorzystywana jest metoda wosku traconego.

Metoda ta jest znana od czasów starożytnych. Polega na wykonaniu z wosku prototypu danego obiektu, który po oklejeniu specjalnie spreparowanym materiałem ogniotrwałym (np. gipsem) tworzy w ten sposób formę do odlewu. Jej wnętrze zawiera odwzorowaną, zewnętrzną geometrię prototypu. Pod wpływem działania wysokiej temperatury wosk jest wytapiany, a do wnętrza formy wlewa się płynny metal. Po rozbiciu formy odlany przedmiot podlega jeszcze dodatkowemu post-processingowi (np. szlifowaniu).

Technologie addytywne wykorzystujące w druku 3D materiał woskowy, stanowią fantastyczne rozwiązanie dla wszystkich gałęzi przemysłu, w których detale są odlewane. Brak ograniczeń geometrycznych i dokładność niemożliwa do uzyskania jakąkolwiek inną metodą ubytkową (maszynową lub manualną) sprawiają, że coraz więcej firm wykorzystuje drukarki 3D do tworzenia tzw. gniazd do form odlewniczych, na bazie których budowane są docelowe formy. Jakość finalnego elementu jest taka sama jak jakość wydrukowanego modelu, dlatego kluczowe jest aby miał on idealnie gładkie i smukłe krawędzie ścianek.

Technologia MJP jako doskonałe rozwiązanie dla branży odlewniczej

Wymóg jakościowy sprawia, że niewiele technologii druku 3D nadaje się do tego typu profesjonalnych zastosowań. Odpada zarówno popularna technologia FDM, gdzie ścianki modelu nigdy nie uzyskają tak gładkiej powierzchni, a i samo tworzywo sztuczne (np. PLA), nawet jeśli uda się roztopić to pozostawi dużo popiołu, jak i SLS, gdzie powierzchnie są ziarniste, a materiał poliamidowy jest bardzo problematyczny do roztopienia. Z kolei druk 3D z metalu, który zdobywa coraz większą popularność, jest przy takich gabarytach modeli bardzo drogą alternatywą.

Rozwiązaniem tak naprawdę jest wyłącznie technologia JM (jetting modeling), gdzie materiał jest natryskiwany w formie drobnych kropli w procesie przypominającym tradycyjny druk atramentowy. Idealnie nadaje się do tego m.in. technologia MJP rozwijana przez 3D Systems, wykorzystywana w maszynach oferowanych przez Canon.

W technologii MJP można stosować zarówno żywice fotopolimerowe, imitujące szereg popularnych tworzyw sztucznych, jak i wosk. Stosowany przez 3D Systems materiał jest w 100% wytapialny, nie pozostawiając w formie wspomnianego popiołu. Do produkcji tego typu modeli dedykowane są modele drukarek 3D ProJet 3600W Max, która pod względem konstrukcyjnym jest taka sama jak model 3600, opisywany w artykule „Technologia MJP w produkcji przemysłowej w zakładach Shapeways”.

Drukarki 3D są zróżnicowane pod względem rozmiaru obszaru roboczego na serię „zwykłą” oraz MAX. Maszyny oznaczone symbolem MAX mogą niezależnie od wybranej wysokości warstw, zadrukować cały obszar roboczy na poziomie 298 x 183 x 203 mm, w wersji zwykłej jest to 203 x 183 x 203 mm. W wersji „W” wosk jest zarówno materiałem modelowym jak i podporowym, z tym że ten drugi można bez większego problemu usunąć po zakończonym wydruku 3D.

Nowością jest maszyna 2500W, która jest odpowiednikiem 2500 do druku 3D z wosku. Charakteryzuje się ona bardzo dobrą ceną i rewelacyjną jakością wydruków, charakterystyczną dla technologii MJP.

Obszary wykorzystania druku 3D i metody wosku traconego

W przemyśle druk 3D idealnie nadaje się do tworzenia dużych, pojedynczych sztuk elementów, których wykonanie w technologii ubytkowej (CNC) jest bardzo czasochłonne z uwagi na geometrię. Ma to zastosowanie np. w produkcji turbin. Przy tak dużych elementach stosowana jest także technologia SLA, a przede wszystkim stworzona przez 3D Systems specjalna opcja drukowania modeli z żywic do wypalania – QuickCast. W tej opcji modele wewnątrz są wypełnione jedynie w ok. 30%, co niweluje ilość potrzebnego materiału i popiołu po wypaleniu. Takie modele można drukować na maszynach ProJet 6000 i 7000.

Innym obszarem wykorzystywania metody wosku traconego opartej o prototypy wydrukowane z wosku jest medycyna – a przede wszystkim stomatologia. Jednakże największymi beneficjentami tego rozwiązania są jubilerzy, przed którymi technologia MJP otworzyła zupełnie nowe możliwości w zakresie produkcji skomplikowanych pod względem geometrycznym produktów, które z powodzeniem można odlewać.