Pomorska Agencja Rozwoju Regionalnego S.A. w Słupsku zarządza Słupską Specjalną Strefą Ekonomiczną (SSSE) oraz Słupskim Inkubatorem Technologicznym (SIT). Od lat podejmuje różne działania dla rozwoju regionu, inwestorów, przedsiębiorczości i nowych technologii – jednym z ostatnich jest powstanie Centrum Usług Specjalistycznych oferujące usługi doradcze i wykonawcze z zakresu pomiarów, skanowania 3D, inżynierii odwrotnej oraz druku 3D w różnych technologiach.
W dyspozycji Inkubatora jest kilka różnych maszyn które mogą zapewnić wydruki w technologiach: FDM / FFF / MEM, SLS oraz PolyJet, pozwalającej na pracę z trzema gatunkami / rodzajami żywic w jednym procesie produkcyjnym. „Prowadząc Specjalistyczne Usługi Doradcze wykorzystujemy maszynę Objet350 Connex3 o przestrzeni roboczej (XYZ) 342x342x200 mm. Drukarka ta drukuje ośmioma głowicami z możliwością wykorzystania do 4 żywic: 3 żywice budulcowe i 1 żywica podporowa, każda z nich może być ładowana do podwójnego zasobnika, co pozwala wykorzystać do 7,2kg każdej z żywic do budowania modeli” – mówi Jacek Niski, Kierownik Zespołu Specjalistycznych Usług Doradczych.
Dzięki wielomateriałowości w jednym procesie druku 3D wytwarzane są obiekty z materiałów sztywnych i elastycznych, jak również kolorowych z wykorzystaniem palety barw CMY. Zaawansowanie tej technologii objawia się możliwością tworzenia tzw. materiałów cyfrowych, czyli kompozytów powstałych poprzez zmieszanie kilku materiałów o różnych właściwościach nadając mieszance zupełnie nową jakość. Dzięki temu można np. otrzymać wynikowy materiał o różnej skali twardości w skali durometrowej Shore’a typu A lub imitując różne termoplasty, lub tzw. DigitalABS – odpowiednik termoplastu ABS, PP-like – odpowiednik polipropylenu, itp.
Dowolna z części danego modelu może być drukowana inną mieszanką, które łączą się w jedną bryłę podczas jednego procesu drukowania 3D. „Dzięki stosowaniu rozpuszczalnej chemicznie żywicy podporowej uzyskujemy najbardziej fantazyjne kształty wymyślonego modelu łącznie z modelami zawierającymi elementy ruchome, nawet z odstępem pomiędzy dwoma ruchomymi częściami równymi 100µm. Drukarka Objet350 Connex3 pracuje w dwóch trybach: DigitalMaterial, w którym można mieszać do 3 fotopolimerów budulcowych z rozdzielczością warstwy 30µm oraz tryb SingleMaterial, w którym drukujemy jedną żywicą budulcową z rozdzielczością warstwy 16µm” – dodaje Jacek Niski.
W obu przypadkach rozdzielczość w płaszczyźnie XY wynosi 40µm. Dodatkowo w każdym z trybów pracy można wytwarzać modele z wykończeniem błyszczącym lub matowym, w zależności od geometrii bryły. Kolejnym atutem drukowania w tej technologii jest szybkość wytwarzania modelu, ponieważ głowice drukujące poruszające się w poprzek stołu roboczego natryskują na całej swojej szerokości materiał budulcowy i podporowy tworząc warstwę modelu w jednym ruchu.
Żywice fotopolimerowe wykorzystywane w druku PolyJet to żywice twarde w kolorach cyan, magenta, żółty, czarny, biały, transparentny oraz żywice o właściwościach elastycznych w kolorach czarny, biały, transparentny. Podstawowe materiały wykorzystywane w druku triple-jet to żywice elastyczne gumopodobne, które mogą być rozciągane do 270% w zależności od rodzaju, żywice sztywne, które wytrzymują obciążenia na rozciąganie nawet do 650kg/cm2, żywice transparentne imitujący pleksiglas. Mieszając te 3 główne rodziny fotopolimerów otrzymujemy olbrzymią ilość materiałów cyfrowych o pośrednich elastycznościach, wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie, zginanie i skręcanie.
Ogrom możliwości jakie daje multimateriałowość, wysoka precyzja i duża szybkość druku przekłada się na przydatność w wielu różnorodnych branżach:
- Reklama – Klient zamawia nietypowy kształt pendrive’a z własnym logo, kolorystyką obudowy – produkcja krótkiej serii, albo szybkie przygotowanie wizualizacji prototypu do ewentualnych poprawek.
- Design – Firma produkująca akcesoria komputerowe planuje wprowadzić na rynek nową mysz – ma być bardziej ergonomiczna, mieć ciekawszą kolorystykę, najlepiej, by miała już zintegrowane podkładki ślizgowe, ruchome rolki pokryte gumopodobnym tworzywem. Dzięki technologii PolyJet prototypowanie takich obiektów może odbywać się bardzo szybko, a do tego od razu z wymaganymi elementami funkcjonalnymi.
- Części maszyn – przedsiębiorstwo produkujące części zamienne przestawia linię produkcyjną na nowsze wersje części. W celu transportu potrzebne są szybko nowe uchwyty dla robota, które będą wytrzymałe, a jednocześnie dość miękkie, by nie uszkodzić produkowanych i przenoszonych części. Tu też pomoże PolyJet – duża prędkość druku oraz możliwość wydruku z kilku materiałów pozwoli na stworzenie sztywnego i szczelnego dla sprężonego powietrza elementu, który zostanie, w tym samym procesie druku, pokryty gumą amortyzującą uderzenia. Czas wytworzenia narzędzia będzie zdecydowanie krótszy niż w innych technologiach obróbki mechanicznej.
- Testowe formy rozdmuchowe/wtryskowe – przedsiębiorstwo zaprojektowało nowy design butelki do olejów silnikowych. Zanim zleceniodawca potwierdzi produkcję, potrzebuje krótkiej serii do przeprowadzenia testów ergonomicznych i wytrzymałościowych.
Testowe formy wtryskowe i rozdmuchowe
Zazwyczaj formy takie wykonywane są z aluminium lub ze stali. Wytworzenie ich tradycyjnymi metodami pochłania dużo czasu i generuje duże koszty. Testowe formy można także wykonywać z silikonu, lecz powstałe w nich odlewy są wykonywane z materiałów symulujących docelowy termoplast, podczas gdy stosując formy drukowane w technice PolyJet do wtrysku używa się docelowych materiałów termoplastycznych. Dlatego formy wykonywane w technologii PolyJet z materiału DigitalABS wypełniają lukę pomiędzy formami silikonowymi a formami aluminiowymi. Dodatkowym atutem drukowania form testowych jest szybkość ich wytwarzania, zazwyczaj 1-2 dni w przeciwieństwie do form metalowych, których wykonanie może trwać kilka dni lub tygodni.
Testowe formy wtryskowe drukowane z DigitalABS nadają się doskonale do wtrysków z termoplastów takich, jak PP (polipropylen), PE (polietylen), ABS, PA/PA-GF (poliamid/poliamid wypełniany szkłem), TPE/TPU (termoplastyczne elastomery).
Przykładowo, w firmie Plasel Precision Plastics powstała potrzeba szybkiego wytworzenia 100 szt. testowych dedykowanych opakowań metodą rozdmuchową do sprawdzenia, czy ich geometria pozwala na wykorzystanie w istniejącej linii przesyłowej automatów pakujących. Standardowe rozwiązanie polegające na wykonaniu formy rozdmuchowej z aluminium wymagałoby poświęcenia kilku tygodni na ich wykonanie, co generowałoby koszt ok. 5000 USD. Szybkim rozwiązaniem okazało się drukowanie formy w PolyJet (po drobnym dostosowaniu konstrukcji formy do właściwości materiału DigitalABS). Czas produkcji formy: 1 dzień, koszt druku formy: 300 USD. Dzięki zastosowaniu tego rozwiązania znaczące skrócenie czasu potrzebnego na sprawdzenie poprawności konstrukcji opakowania oraz koszt wdrożenia jest nie do przecenienia.
Design i Akcesoria
Jedna z dobrze znanych marek rowerowych – firma Trek – wykorzystuje technologię PolyJet praktycznie codziennie. Oto kilka przykładów stosowanych przez tego producenta. Nowe prototypy kasków rowerowych powinny odzwierciedlać w pełni docelowy produkt zarówno pod względem geometrii, odwzorowania drobnych detali, funkcjonalności, jak również kolorystyki. Technologia PolyJet pozwala projektantom stworzyć bardzo dokładne prototypy. Wysoka rozdzielczość druku pozwala ponadto na wydrukowanie elementów ruchomych, takich jak klamra dopasowująca zapięcie kasku do rozmiaru głowy. Wykorzystanie PolyJet znacznie skraca czas tworzenia kolejnych iteracji prototypu aż do finalnej wersji.
Podobnym wyzwaniem jest wytworzenie wytrzymałych elementów powleczonych częściowo materiałem amortyzującym. Stosowany jest wówczas druk PolyJet wykorzystujący materiały cyfrowe, takie jak DigitalABS – mieszanka żywic o dużej odporności mechanicznej. Firma wykorzystuje je między innymi w prototypach osłon na ramę, chroniących ją przed uderzeniami łańcucha. Elementy te wzbogacone są w tym samym wydruku o elementy miękkie, które amortyzują uderzenia. DigitalABS w połączeniu z materiałem elastycznym Agilus świetnie się również sprawdza w druku prototypu nowego kształtu gripów rowerowych.
Odlewnictwo metali elementów precyzyjnych
Kolejnym nietuzinkowym zastosowaniem technologii PolyJet jest wykorzystanie jej w procesie odlewnictwa metali. Tradycyjnie proces odbywa się metodą wosku traconego i wykorzystuje do stworzenia ogniotrwałej matrycy odlewniczej woskowy model wzorcowy formowany wtryskowo. Wykonany tak model pokrywa się dedykowana powłoką (ceramiczną), z której wytapia się wzorcowy model woskowy uzyskując pustą formę pozwalającą na wykonanie końcowego odlewu.
W sytuacji, gdy jest do wykonania metalowy prototyp, np. do testów lub gdy jest do wykonania małoseryjna produkcja – koszt i niejednokrotnie czas wykonania samej formy do wzorcowego modelu woskowego jest za duży. Metalowe formy do wtryskarek są czasochłonne do wykonania, a przy wykorzystaniu ich do krótkiej serii bądź modelu testowego nieopłacalne ekonomicznie. W tym momencie dużym wsparciem jest technologia druku 3D PolyJet. To właśnie dzięki niej w wielu przypadkach można zastąpić woskowy model wzorcowy wydrukiem 3D, przez co etap tworzenia matryc do modeli woskowych staje się niepotrzebny.
Wszystko dzięki żywicy VeroBlack, której zawartość popiołu po procesie wypalania jest na poziome 0,01-0,02%. Stosując ten materiał w bardzo krótkim czasie można stworzyć formę odlewniczą. Większość wydruków w technologii PolyJet można wykonać od kilku do kilkunastu godzin, co oznacza że odlewnia może otrzymać model wzorcowy do dalszej pracy w ciągu 1-2 dni. Tradycyjna metoda nie pozwoli na tak duże skrócenie czasu. Niekwestionowaną przewagą wydruku z fotopolimeru VeroBlack nad modelem wykonanym z wosku jest większa precyzja wykonania niż model woskowy, ponieważ podczas tworzenia modelu wzorcowego z wosku należy brać także pod uwagę współczynnik rozszerzalności cieplnej wosku. Konieczne jest dodanie pewnego poziomu niepewności wymiarowej końcowego modelu. W przypadku druku 3D taka niepewność jest wyeliminowana.
To tylko kilka wybranych przykładów zastosowania tej technologii druku do rozwiązywania problemów, przyspieszania lub usprawniania procesów produkcyjnych i wdrożeniowych. „Zachęcamy wszystkie mikro, małe i średnie przedsiębiorstwa z całego kraju do skorzystania z naszych usług w zakresie druku w technologii PolyJet i nie tylko. Ciekawym wsparciem dla przedsiębiorców działających na terenie województwa pomorskiego jest projekt SPEKTRUM – Pomorski System Świadczenia Specjalistycznych Usług Doradczych dla MŚP. W ramach tego systemu ww. firmy mogą uzyskać grant w wysokości 50% ceny zakupu specjalistycznej usługi doradczej” – dodaje Ewa Krzaczkowska, dyrektor Słupskiego Inkubatora Technologicznego.
