Od kamienia łupanego po druk 3D, czyli pasja człowieka do tworzenia rzeczy

Pragnę podzielić się paroma spostrzeżeniami dotyczącymi druku 3D. Inspiracją do napisania tego tekstu była publikacja na CD3D dot. hybrydy maszyny CNC i drukarki 3D – LASERTEC 65. Człowiek już od początku istnienia tworzył przedmioty. Jedne były potrzebne do walki i polowania, inne do przechowywania żywności. Z czasem pojawiły się przedmioty, które zaspokajały wyższe potrzeby człowieka. Przedmioty te już od dawna były wytwarzane na kilka sposobów: można je było wyciąć w drewnie lub kości, wykuwać w stali czy kamieniu, formować na kole garncarskim, lub odlewać w formie…

Przez stulecia techniki wytwarzania przedmiotów były coraz lepsze i bardziej wyrafinowane. Niejednokrotnie będąc w wielu muzeach zachwycałem się kunsztem wykonania tych prac. Wcześniej człowiek miał więcej czasu, nie miał telefonu, internetu i w zasadzie zdobywanie jedzenia było głównym celem życia. Z czasem te potrzeby się zmieniały w końcu i na szczęście cywilizacja postępuje. Człowiek zaczął potrzebować coraz więcej przedmiotów i do tego bardziej różnorodnych o wysokiej jakości, powtarzalności.

Nadeszła rewolucja przemysłowa, która przewróciła wszystkie manufaktury do góry nogami. Dzięki maszynom parowym bardzo mocno rozwinęła się obróbka skrawaniem. Frezarki, tokarki, piły, szlifierki stały się głównymi maszynami wykorzystywanymi w obróbce drewna, metali czy kamienia. Pomijam rozwój włókiennictwa bo to dziedzina bardzo ciekawa ale wymagająca oddzielnego potraktowania. Nastąpił szybki rozwój techniki odlewania zarówno metali jak i innych kompozycji. Jak łatwo zauważyć cały ten rozwój maszyn był ukierunkowany w obróbkę tzw. ubytkową czyli ujmowania materiału z obrabianego elementu. Ponieważ obróbka ta wymagała coraz większej dokładności i szybkości z pomocą przyszły komputery i tak oto powstały obrabiarki CNC.

Wszystkie techniki odlewnictwa i obróbki plastycznej rządziły się swoimi prawami. Tak naprawdę od czasów starożytnych niewiele się zmieniło. Myślę, że jedynie technologia wtrysku metali lub tworzyw sztucznych do form stalowych jest przewrotem technologicznym wykorzystującym również automatykę komputerową. Reasumując rozwinęła nam się w ciągu jednego stulecia obróbka skrawaniem o bardzo wysokich parametrach jakościowych – czyli obróbka ubytkowa.

Ale człowiek potrafi tworzyć, również przedmioty metodą nakładania chociażby gliny i formowania jej. Czyli mamy tu do czynienia z obróbką przyrostową.

Jak to się ma do rozwoju maszyn? I konsternacja. Jak maszyny skrawające rozwijały się przez całe stulecia, tak maszyny tworzące przedmioty przyrostowo zatrzymały się. Dopiero koniec XX wieku, rozwój technik komputerowych doprowadził do powstania nowej rewolucji technologicznej a mianowicie druku 3D. Ten rozwój technologii to swoisty bum, ponieważ nie wiedzieć czemu, obróbka przyrostowa nie szła w parze z obróbką ubytkową. Teraz musi nastąpić szybkie wyrównanie zaawansowania tych technologii a wręcz połączenie ich w całość.

Głosy mówiące, że druk 3D to moda lub krótkotrwałe zauroczenie nie mają żadnego odniesienia to drogi postępu jaki w sposób naturalny sam ewaluuje. Druk 3D czy się to komuś podoba czy nie, jest faktem i będzie się rozwijał w zaskakującym tempie. Co chwile będziemy słyszeć o nowych technologiach druku, materiałach i obszarach zastosowania. Dlaczego druk 3D ma tak duże szanse rozwoju, czym się różni od znanych i dobrze rozwiniętych technik obróbki skrawania czy odlewnictwa?

Jest kilka cech na które warto zwrócić uwagę.

Obróbka skrawaniem, mam na myśli obrabiarki CNC najwyższej generacji, wymagają użycia bardzo różnorodnych i specjalistycznych a co za tym idzie drogich narzędzi. Wymagają tworzenia bardzo trudnych plików w programach CAM. Wymagają dużej dbałości o prawidłowe zamontowanie narzędzi w maszynie oraz obsługę ich. Same obrabiarki to szczyt inżynierii. Ich bardzo precyzyjna budowa, skomplikowana automatyka, wieloosiowość powoduje, że są to urządzenia bardzo drogie. Nie bez znaczenia jest fakt, że takie maszyny są energochłonne i głośne w czasie pracy. Wymagają instalacji w halach produkcyjnych wyposażonych w niezbędną i rozbudowaną infrastrukturę. Linie zasilające trójfazowe dużej mocy, sprężone powietrze w odpowiedni sposób przygotowane, instalacje płynu chłodzącego. W obrabiarkach typu water-jet woda musi być demineralizowana z odwróconą osmozą. Do tego cały system oddzielania chłodziwa od wiórów poprodukcyjnych oraz utylizacja odpadów. Zauważmy, że zdecydowana większość tych wymagań nie dotyczy drukarek. Zatem sam koszt eksploatacji może być niewspółmiernie niższy.

Napisałem może być ponieważ jeszcze przez kilka lat zanim powygasają pateny blokujące rozwój druku 3D maszyny te będą drogie. Patenty to również hamulec dla giełdowych inwestorów. Jeżeli nawet powstają firmy znakomicie radzące sobie z budową drukarek 3D to mają wadę w postaci naruszenia patentów. Trudno inwestować w wadliwy towar. Można rzec, że druk 3D musi dogonić rozwój cywilizacyjny bo został w tyle. Dzisiaj mówimy o druku prototypów i krótkich serii produkcyjnych. Jestem przekonany, że z czasem będziemy mówić o maszynach do produkcji wielkoseryjnej wykorzystujących druk 3D.

Wszyscy konstruktorzy zarówno Ci maluczcy, amatorzy oraz Ci z dużym doświadczeniem wymyślają coraz to nowe konstrukcje. Kilka z nich wejdzie w życie i będzie tworzyć historie rozwoju maszyn 3D. Myślę, że warto w tym uczestniczyć. Może to właśnie jedna z naszych konstrukcji stanie się sławna?

To większe prawdopodobieństwo niż wygrana w Lotto.