Zed
Zed jest autorem tekstów technicznych z ponad 30-letnim doświadczeniem w branży druku 3D i produkcji. Pracując na arenie międzynarodowej od 1992 roku, Zed koncentruje się na praktycznych zastosowaniach najnowocześniejszych technologii, szczególnie w dziedzinie przemysłowego druku 3D. Z pasją podchodzący do kwestii wydajności materiałów i innowacyjnego projektowania, Zed stosuje praktyczne podejście do badania zmieniającego się krajobrazu nowoczesnej produkcji.
@CandidQualityZed na Reddicie
W nieustannie ewoluującym świecie druku 3D technologia FDM (Fused Deposition Modeling) poczyniła znaczne postępy na przestrzeni lat. Tradycyjnie technologia FDM była ograniczona do stosunkowo prostych, płaskich konstrukcji, które podlegały fizycznym ograniczeniom ruchu w trzech osiach. Jednak wraz z rozwojem sprzętu, który przesuwa granice możliwości, branża stoi obecnie u progu rewolucyjnego skoku naprzód: drukowania 5-osiowego FDM.
Ta nowa technologia — choć wciąż znajduje się w początkowej fazie rozwoju — ma całkowicie zmienić sposób projektowania i produkcji złożonych obiektów. Od lekkich części lotniczych po spersonalizowane urządzenia medyczne – wprowadzenie drukowania wieloosiowego to nie tylko niewielkie ulepszenie, ale brama do nowej ery wydajności materiałowej, szybszej produkcji i bardziej skomplikowanych geometrii bez podpór.
Przyjrzyjmy się bliżej rzeczywistym implikacjom tego przełomu, analizując jego wpływ na oszczędność materiałów, prędkość drukowania i rodzaje geometrii, które kiedyś były nie do pomyślenia w dziedzinie drukowania FDM.
Koniec ograniczeń prędkości: sprzęt a materiały
Od lat ograniczenia prędkości drukarek 3D są przedmiotem dyskusji. Producenci nieustannie podnoszą możliwości sprzętowe drukarek FDM, ale napotykają przeszkodę: same materiały. Obecnie szybkie filamenty, takie jak PLA, PETG i TPU, osiągnęły swoje teoretyczne ograniczenia prędkości. Pomimo postępów w zakresie sprzętu, materiały takie jak te po prostu nie są w stanie wytrzymać większych prędkości drukowania. Prędkość i jakość osiągnęły plateau, a czynnikiem ograniczającym stał się skład materiału i właściwości termiczne, a nie wydajność sprzętu.
Zjawisko to jest oczywiste: sprzęt — zwłaszcza drukarki 3D typu delta — wyprzedził możliwości dostępnych filamentów. Chociaż drukarki delta są zaprojektowane z myślą o szybkości i zwinności, filamenty o wysokiej prędkości, które mogą dorównać tym prędkościom, po prostu nie istnieją w ilościach lub jakości wymaganej do powszechnego stosowania FDM. Dopóki nie zostaną opracowane nowsze materiały o wysokiej prędkości, jest to pułap dla obecnej technologii druku 3D. Co więcej, nie ma publicznego zapotrzebowania na prędkości przekraczające te, które można już osiągnąć przy użyciu rodzajów materiałów, które obecnie mogą obsłużyć prędkości nowoczesnych drukarek 3D. Innowacje muszą koncentrować się na innych aspektach procesu drukowania, takich jak właściwości materiałów, precyzja i złożoność.
Obserwując postępy sprzętu w kierunku nowych progów prędkości, jasne staje się, że przyszłość druku 3D nie polega tylko na większych prędkościach, ale na maksymalizacji wydajności i złożoności materiałów, które możemy wykorzystać.
Przełom: drukowanie 5-osiowe
Wprowadzenie drukowania FDM 5-osiowego. Zasadniczo drukowanie 5-osiowe rozszerza tradycyjny system trójosiowy (X, Y, Z) o dwie dodatkowe osie obrotowe, umożliwiając głowicy drukującej poruszanie się nie tylko po linii prostej, ale także po krzywych i pod kątem. Koncepcja składanej, przenośnej drukarki 5-osiowej Anycubic już pokazała możliwości tej technologii, składając się do rozmiarów walizki, która może drukować obiekty w pełnym rozmiarze, wykorzystując jednocześnie ten nowy zakres ruchu.
Jednak prawdziwa wartość drukowania 5-osiowego wykracza poza oszczędność miejsca. Możliwość drukowania pod kątami niepłaskimi — drukowania na powierzchniach, które normalnie byłyby niemożliwe — otwiera drzwi do nowych możliwości oszczędzania materiałów. Zazwyczaj podczas drukowania obiektów z nawisami potrzebne są konstrukcje wsporcze, co powoduje marnotrawstwo materiału i czasochłonny proces usuwania podpór po zakończeniu drukowania. Dzięki drukowaniu 5-osiowemu konstrukcje wsporcze stają się zbędne. Głowicę drukującą można obracać i przechylać w taki sposób, aby drukowała bezpośrednio na nawisach, przy dobrze zaprojektowanych wydrukach, potencjalnie eliminując lub znacznie zmniejszając zapotrzebowanie na materiał wsporczy. Już samo to znacznie zmniejszy marnotrawstwo materiału i poprawi jakość końcowych wydrukowanych części.
W branżach wykorzystujących wysokowydajne filamenty przemysłowe, takie jak PEEK, Ultem i PEKK, oszczędności te są znaczące. Na przykład szpula PEEK może kosztować około 400 dolarów za kilogram — to spora inwestycja, zwłaszcza dla małych firm lub laboratoriów badawczych pracujących nad prototypami lub niestandardowymi częściami. Dzięki wykorzystaniu drukowania wieloosiowego, które pozwala uniknąć konieczności stosowania nadmiernych struktur wspierających, użytkownicy mogą znacznie zmniejszyć całkowite zużycie materiału. Gdy liczy się każdy gram filamentu, możliwość zminimalizowania ilości odpadów podczas procesu drukowania przekłada się bezpośrednio na oszczędności kosztów.
W branżach, w których wymagane są wysokowydajne tworzywa termoplastyczne — takich jak lotnictwo, gdzie materiały muszą wytrzymywać ekstremalne temperatury i obciążenia mechaniczne — oszczędności mogą szybko się sumować. Wykorzystanie drukowania pozaosiowego do tworzenia części o organicznych krzywiznach i złożonych strukturach pozwala użytkownikom maksymalnie wykorzystać każdą szpulę drogiego filamentu. Eliminując potrzebę stosowania nieporęcznych konstrukcji wsporczych i umożliwiając tworzenie lekkich, zoptymalizowanych projektów, producenci mogą zmaksymalizować wartość każdej szpuli tych drogich materiałów.
Ponadto możliwość drukowania w złożonych geometriach bez konieczności stosowania konstrukcji wsporczych pozwala uzyskać lżejsze, mocniejsze części, które są zoptymalizowane pod kątem ich przeznaczenia. Jest to szczególnie ważne w branżach takich jak lotnictwo, gdzie liczy się każdy gram, a wysoki stosunek wytrzymałości do masy ma kluczowe znaczenie. Połączenie drukowania poza osią i zoptymalizowanego projektu części otwiera nowe możliwości tworzenia części, które są zarówno mocniejsze, jak i lżejsze, co ostatecznie zmniejsza zarówno koszty materiałów, jak i czas produkcji.
Konsekwencje finansowe: od hobbystów do przemysłu
Potencjał oszczędności materiałów dzięki drukowaniu 5-osiowemu nie jest tylko teoretyczny — można go zastosować zarówno w sektorze hobbystycznym, jak i przemysłowym. Dla hobbystów korzystających ze standardowych materiałów, takich jak PLA i PETG, możliwość drukowania bez podpór oznacza znaczny spadek kosztu jednej części. Zamiast zużywać duże ilości filamentu na materiał podporowy, który zostanie wyrzucony, hobbyści mogą tworzyć czystsze, bardziej wydajne wydruki z mniejszą ilością odpadów.
Jednak prawdziwy wpływ jest odczuwalny w przypadku stosowania materiałów przemysłowych. Jak wspomniano wcześniej, egzotyczne materiały, takie jak PEEK i Ultem, mogą kosztować nawet 400 dolarów za kilogram. W tradycyjnym druku FDM znaczna część tego materiału jest często tracona na konstrukcje podporowe. Dzięki uniknięciu podpór i optymalizacji orientacji druku za pomocą ruchu 5-osiowego firmy mogą zaoszczędzić setki, a nawet tysiące dolarów na każdym projekcie, w zależności od złożoności i rozmiaru drukowanych części.
Nie chodzi tylko o zmniejszenie ilości odpadów, ale także o otwarcie nowych możliwości w zakresie projektowania i innowacji. Złożone geometrie, które kiedyś były zarezerwowane dla produkcji wysokiej klasy lub niemożliwe do wykonania przy użyciu tradycyjnej technologii FDM, można teraz tworzyć z łatwością. Oznacza to, że innowacyjne projekty — niezależnie od tego, czy są to części dostosowane do indywidualnych potrzeb, unikalne prototypy, czy funkcjonalne komponenty dla branż wymagających wysokiej wydajności — mogą być produkowane szybciej i po niższych kosztach niż kiedykolwiek wcześniej.
Szersze spojrzenie na materiały i ich rolę w druku 5-osiowym
Materiały, które prosumentom i profesjonalistom z branży będą mogli wykorzystać w druku 5-osiowym, nie ograniczają się tylko do wysokowydajnych tworzyw termoplastycznych, takich jak PEEK, Ultem i PEKK. Kompozyty z włókna węglowego, takie jak PA12-CF (nylon 12 z włóknem węglowym), również stają się coraz bardziej popularne na rynku prosumentów. Materiały te oferują doskonały stosunek wytrzymałości do masy, dzięki czemu idealnie nadają się do prototypów inżynieryjnych i części samochodowych.
Chociaż kompozyty te mogą kosztować od 100 do 250 dolarów za kilogram, możliwość bardziej wydajnego drukowania poprzez zmniejszenie ilości odpadów i uniknięcie konieczności stosowania nadmiernego wsparcia pozwala użytkownikom w pełni wykorzystać te specjalistyczne materiały. Ścieralność włókien węglowych, które zazwyczaj wymagają utwardzonych dysz, można również złagodzić poprzez zoptymalizowane drukowanie, co wydłuża żywotność komponentów drukarki, zapewniając jednocześnie wysoką jakość części.
Konsekwencje dla przyszłości: nowy standard druku 3D
Połączenie druku FDM w 5 osiach, wydajności materiałowej i wysokowydajnych filamentów sugeruje, że następna generacja drukarek 3D na nowo zdefiniuje nie tylko możliwości, ale także praktyczność zarówno na rynku konsumenckim, jak i przemysłowym. Dla prosumentów możliwość drukowania złożonych geometrii bez konieczności stosowania podpór, przy jednoczesnej oszczędności pieniędzy na kosztownych materiałach, otwiera nowe możliwości w zakresie innowacji, personalizacji i optymalizacji. Dla profesjonalistów z branży wydajność drukowania 5-osiowego może prowadzić do szybszego prototypowania, niższych kosztów materiałów i szybszej iteracji produktów.
Chociaż obecne prędkości i ograniczenia sprzętowe osiągnęły już swój szczyt w przypadku istniejących materiałów, technologia 5-osiowa stanowi przejście w kierunku poprawy złożoności projektów i wykorzystania materiałów, a nie dążenia do coraz większych prędkości. Przyszłość druku 3D nie leży w szybszym czasie drukowania, ale w tym, jak inteligentnie i efektywnie możemy wykorzystać dostępne materiały. Wykorzystując możliwości druku wieloosiowego, wkraczamy w erę, w której swoboda projektowania nie jest już ograniczona przez marnotrawstwo materiałów, ograniczenia drukowania lub potrzebę stosowania struktur wspierających.
Podsumowując, drukowanie 5-osiowe FDM to nie tylko ulepszenie technologiczne, ale zmiana paradygmatu, która zmieni sposób, w jaki myślimy o produkcji i zużyciu materiałów. Dzięki wykorzystaniu tej technologii będziemy świadkami inteligentniejszej, bardziej zrównoważonej produkcji, a wraz z nią przyszłości, w której koszt materiałów nie będzie już ograniczał innowacji, ale będzie je napędzał.
Wszystkie opinie wyrażone w tym artykule są opiniami autora i nie są popierane przez Anycubic ani z nim powiązane.
