Nietypowe zastosowania druku 3D

 

Chociaż jeszcze 30 lat temu możliwość drukowania drobnych elementów z tworzyw sztucznych czy metalu, była uważana za niezwykłe i innowacyjne odkrycie, to obecnie nie robi już raczej na nikim zbyt dużego wrażenia.

Najbardziej popularne metody druku przestrzennego to: FDM/FFF – materiał przed nakładaniem jest roztapiany, SLS – spiekanie kolejnych warstw materiału w postaci proszku przy użyciu lasera i SLA – promienie lasera UV utrwalają nanoszone warstwy żywicy. Oczywiście druk przestrzenny to bardzo nowoczesna technologia, jednak sposoby jej wykorzystywania można podzielić na typowe i nietypowe. W tym drugim przypadku mamy do czynienia z propozycjami, które nawet obecnie zadziwiają i zachwycają – jedne swoim wyglądem, inne możliwościami, jakie dają.

Drukarki 3D stosuje się już w wielu obszarach. Można wymienić pośród nich: przemysł lotniczy oraz samochodowy, medycynę, architekturę, energetykę, edukację, modę, reklamę i marketing. Co jakiś czas pojawiają się nowe informacje na temat sposobów zastosowania druku przestrzennego. Niektórzy uważają nawet, że niedługo zastąpi on tradycyjne metody wytwarzania we wszystkich wymienionych obszarach i nie tylko. Poza tym to, co obecnie wydaje się pionierskie, wkrótce może okazać się powszechne. Czy tak będzie na przykład jeśli chodzi o drukowanie domów!?

 

Druk przestrzenny a budowa domów

Fachowcy zajmujący się na co dzień tematem wytwarzania przyrostowego mogą co prawda uważać, że drukarki 3D do budowania domów nie są niczym  niezwykłym, wciąż jednak pozostaje całkiem spore grono osób, które zdumiewają takie wynalazki. Jedne z ciekawszych i rzeczywiście zaskakujących przykładów wykorzystania druku trójwymiarowego pochodzą z Chin. Prawdopodobnie najgłośniejszy dotyczy stworzenia 10 domów w ciągu zaledwie doby. Miało to miejsce w 2014 roku, w Szanghaju. Żeby osiągnąć taki efekt inżynier Ma Yihe prowadził badania, które trwały kilkanaście lat. Co prawda budynki były niewielkie i wymagały wykończenia, jednak było to spore osiągnięcie. Zostały stworzone w technologii Contour Crafting – olbrzymia drukarka nakładała warstwa po warstwie beton pochodzący w dużej części z recyklingu rozbiórkowego. W 2015 roku Ma Yihe dysponował już drukarką, dzięki której postawiony został pięciokondygnacyjny blok.

Nad wykorzystaniem technologii druku 3D w budownictwie pracują również naukowcy i inżynierowie w innych krajach. Na Uniwersytecie Kalifornijskim skonstruowano drukarkę, która pozwala na postawienie domu w ciągu doby. Postawieniem budynku mieszkalnego przy użyciu sporej drukarki zajęli się też Holendrzy. Elementy jego konstrukcji wydrukowane zostały z przyjaznego dla środowiska bioplastiku. Prace prowadzone były w Amsterdamie. Z kolei w przypadku powstałego w Londynie wieżowca The 6 Bevis Marks, druk trójwymiarowy został zastosowany do stworzenia elementów konstrukcji dachu, co zdecydowanie skróciło czas budowy. Pracami tymi zajmowała się firma Skanska, która nawiązała również współpracę z Uniwersytetem w Loughborough, w celu wspólnego skonstruowania urządzenia do drukowania elementów konstrukcyjnych 3D z betonu. Zdecydowanie dużym sukcesem było postawienie pierwszego „wydrukowanego” wieżowca, co miało miejsce w 2016 roku w Dubaju.

Pomysł jak drukować solidne domy z betonu ma także jeden z mieszkańców Minessoty Andrey Rudenko, któremu udało się już w ten sposób stworzyć nieduży zamek. Najpierw wykonane zostały kolejne jego elementy, które następnie połączono ze sobą. Istotne jest to, że zamek ma lekką oraz stabilną konstrukcję, a cały czas głównym problemem podczas drukowania domów jest konieczność utrzymania ciężaru druku z betonu. Kolejny problem polega na tym, że co prawda można już mówić o kilku przykładach domów powstałych w technologii wytwarzania przyrostowego, ale o ile ich drukowanie nie trwa długo, to jednak otrzymuje się budynek w stanie surowym, który wymaga wykończenia. Wciąż również mamy do czynienia z niewielką skalą, nie wiadomo na ile tego typu domy będą trwałe oraz jaki wpływ na ich kondycję mogą mieć zmienne warunki klimatyczne. Oczywiście możliwość drukowania budynków oznaczałaby dla deweloperów znaczne skrócenie czasu budowy oraz obniżenie jej kosztów. W związku z tym są osoby, takie chociażby jak Andrey Rudenko, które wierzą, że kluczowe odkrycie w dziedzinie stawiania domów z użyciem gigantycznych drukarek do betonu jeszcze przed nami, ale jednocześnie coraz częściej można też spotkać się z odmiennym zdaniem. Karolina Furyk-Grabowska współwłaścicielka firmy 3D FLY uważa, że przy obecnych wymaganiach związanych z termoizolacją (budową domów pasywnych) oferta drukowanych domów nie będzie rozpowszechniona na szeroką skalę. Za to przyszłością wydaje się być obecnie zastosowanie druku 3D w medycynie – druk tkanek, ortopedia czy też w utrzymaniu ruchu – produkcji.

 

Korzystanie z druku 3D może ratować zdrowie i życie

Cały rynek związany z drukiem przestrzennym w medycynie rozwija się bardzo dynamicznie. Obecnie jest to trzecia branża po lotnictwie i motoryzacji w której druk 3D znajduje swoje zastosowanie. Wytwarzanie przyrostowe stosuje się w takich działach medycyny jak: ortopedia, stomatologia, chirurgia, farmacja – kontynuuje Karolina Furyk-Grabowska.

O ile wydrukowana proteza czy usztywnienie zastępujące gips nie są może jeszcze bardzo zaskakujące, to inaczej wygląda sprawa w przypadku części kości, protez oraz egzoszkieletów. Dzięki wykorzystaniu technologii druku 3D mogą być one idealnie dopasowane do ciała pacjenta. Poza tym istnieje szansa dokonania szybkiej wymiany w przypadku, gdy jest to dziecko, które cały czas rośnie. Drukowane protezy kończyn, dziobów, pazurów i innych ważnych części ciała, mogą być także wytwarzane dla zwierząt. Znany jest nawet przypadek psa z Polski, który otrzymał taką nowoczesną protezę.

W naszym kraju korzysta się też już z drukarek 3D dla klinik i gabinetów stomatologicznych. Z pewnością zastosowanie technologii druku trójwymiarowego do przygotowania implantów lub protez dentystycznych to najlepszy sposób na zapewnienie pacjentowi rozwiązania idealnie dopasowanego do jego jamy ustnej. Najpierw lekarz dentysta musi użyć urządzenia umożliwiającego pobranie obrazu miejsca, które ma być ponownie wypełnione i na tej podstawie tworzony jest model, który zostaje wydrukowany. Natomiast możliwość tworzenia implantów medycznych ma szczególnie duże znaczenie w chirurgii. Powstają one na podstawie skanów narządów i jest to niewątpliwie jeden z ważniejszych przykładów na niezwykłe wykorzystanie technologii druku przestrzennego. W ten sposób tworzone są między innymi implanty serc noworodków, a ich użycie pozwala na lepsze zaplanowanie przebiegu operacji oraz wydatnie zwiększa szanse na powodzenie operacji, jej skrócenie i przeżycie zabiegu przez pacjenta.

Z kolei Jacek Stachowski właściciel firmy Concept-Craft mówi o druku 3D w biotechnologii i transplantologii: – Technologia ta pozwala na wytwarzanie, z użyciem odpowiednich biopolimerów, rusztowania dla hodowanych laboratoryjnie tkanek. Prace są cały czas rozwijane, mają na celu doprowadzić do sytuacji, gdzie możliwym będzie wyhodowanie w laboratorium kopii organu, który ze względu na proces chorobowy będą musiały być usunięte. Łączy się w tym przypadku druk 3D z biopolimerów i technologię hodowli tkanek z komórek macierzystych pacjenta.

W końcu jednocześnie nietypowe oraz istotne jest zastosowanie druku przestrzennego do produkcji zindywidualizowanych leków (Drugprinter). Ważnym wydarzeniem i otwarciem drzwi dla tego typu inicjatyw było dopuszczenie w 2015 roku przez FDA, czyli agencję odpowiadająca za kontrolowanie żywności i lekarstw w Stanach Zjednoczonych, pierwszego na świecie leku wytworzonego techniką druku 3D.

Warto jednak zwrócić uwagę na pewien paradoks, a mianowicie korzystanie z drukarek 3D może ratować życie, ale z drugiej strony najnowsze badania wskazują, że druk trójwymiarowy jest jednak szkodliwy dla zdrowia. Chodzi tu dokładnie o opary powstające podczas procesu drukowania 3D, których lepiej nie wdychać. Wie o tym i zaczyna odpowiednio edukować swoich klientów krakowski producent drukarek – spółka 3DKreator. – Wszelkie opary wydobywające się z procesu drukowania 3D, w najbardziej popularnej i kosztowo dostępnej technologii FFF/FDM, są prawie tak samo szkodliwe jak bierne palenie. W związku z tym wraz z kolegami z firmy SajTom skonstruowaliśmy unikalny w skali światowej wynalazek o nazwie SYNE, będący elektronicznym filtrem do drukarek 3D. Redukuje on te niebezpieczne dla zdrowia i trujące substancje. Wynalazek został już doceniony przez międzynarodowe jury podczas Międzynarodowych Targów Wynalazczości i Innowacji Brussels Innova 2016, które przyznało mu 3 złote medale. Zrobił również wrażenie na firmie Komputronik, gdyż zleciła nam zbudowania dla swej marki Accura drukarki 3D Genius 3D, w przypadku której filtr SYNE jest już seryjnie montowany w każdym egzemplarzu – opowiada Członek Zarządu i jeden z założycieli firmy 3DKreator Przemysław Kazanowski.

 

Drukarki 3D w przemyśle

Drukowanie przestrzenne pełni coraz ważniejszą rolę w różnych gałęziach przemysłu. Wielu producentów zdaje sobie sprawę, że jest to nie tylko szybka oraz tania metoda prototypowania, ale i sposób na utrzymanie ruchu. Drukarki 3D pozwalają na wytwarzanie części maszyn, linii produkcyjnych czy też różnego typu uchwytów niezbędnych w halach. Poprzez znaczny wzrost ilości materiałów wykorzystywanych do druku trójwymiarowego w ostatnim okresie, zwiększył się zakres zastosowania jednej z najpowszechniejszych metod FDM/FFF. Druk ten daje możliwość rekonstrukcji części maszyn, które ulegają zniszczeniu w wyniku eksploatacji, a są kosztowne, trudno je sprowadzić czy też są niedostępne na rynku.

Jeżeli chodzi o konkretne przykłady mniej oczywistych zastosowań wytwarzania przyrostowego, Jacek Stachowski uważa, że na pewno należy zwrócić uwagę na druk 3D w inżynierii odwrotnej – pozwala na podstawie istniejących elementów, przy użyciu skanowania 3D, stworzyć w pełni funkcjonalne modele komputerowe, które można później wykorzystać do stworzenia dokumentacji CAD (jeżeli wcześniej jej nie było), przeprowadzania symulacji komputerowych czy szybkiego prototypowania rozwiązań bazujących na już istniejących egzemplarzach maszyn czy urządzeń. Druk 3D przydatny jest też w produkcji dronów. W ten sposób możliwe staje się otrzymywanie bardzo lekkich (dzięki porowatej strukturze wewnętrznej) i wytrzymałych elementów statków powietrznych takich jak śmigła, obudowy oraz usterzenie. Warto wspomnieć też o ceramice – wydruk figur z gliny, a następnie jego wypalenie daje trwały efekt finalny, który może przybrać postać znanego wyrobu ceramicznego.

Do drukowania 3D używane są już obecnie różne materiały – podejmowane są nawet próby wykorzystania szkła! Mają powstawać wówczas raczej artystyczne niż użytkowe przedmioty. Zresztą możliwość wykonania trójwymiarowego wydruku na podstawie zaprojektowanego komputerowo wzoru daje szansę na to, aby postawić na produkcję spersonalizowaną, a właśnie w tym kierunku zaczynają zmierzać tendencje rynkowe.

Istnieją również inne niebanalne zastosowania druku przestrzennego, dzięki którym otrzymywane są wyjątkowo estetyczne przedmioty. Wykorzystując odpowiednie materiały, takie jak żywice i woski, można stworzyć bardzo precyzyjne formy odlewnicze na potrzeby jubilerstwa. Następnie stanowią one ważny element procesu wykonywania odlewów z metali szlachetnych. Druk 3D bywa również bardzo przydatny podczas wytwarzania biżuterii z tworzyw sztucznych, które jest wówczas łatwiejsze, szybsze i tańsze, niż w przypadku posługiwania się metodami tradycyjnymi. Zresztą podobnie jest na przykład, jeśli chodzi o drukowanie… skrzypiec. Posługując się odpowiednim urządzeniem oraz materiałem PEEK można wydrukować instrument, który będzie nadawał się do grania – zostało to dowiedzione już w 2011 roku przez firmę EOS.

Bez wątpienia spore wrażenie robi także stosowanie odpowiednich drukarek w przemyśle spożywczym. Pozwalają na przygotowanie ciastek, różnych rodzajów puree i sosów, a nawet farszu mięsnego. Jednak szczególnie efektowne bywają dekoracje cukiernicze – na torty czy fantazyjne bryły z karmelu lub czekolady. Żeby je przygotować korzysta się z urządzeń, które drukują wzory jednorodne lub z bardziej wyspecjalizowanych, nowocześniejszych i droższych drukarek, dających znacznie więcej możliwości. Dzięki nim powstają dekoracje w kilku kolorach oraz smakach, które prezentują się naprawdę wspaniale. Szansa na samodzielne wykonywanie przeróżnych trójwymiarowych przedmiotów z czekolady lub innej słodkiej masy, to coś, o czym prawdopodobnie każdy z nas marzył jako dziecko. Jednak z drugiej strony niewątpliwie pośród wyżej opisanych zastosowań druku 3D są takie, które można uznać za znacznie bardziej doniosłe i pożyteczne, niż ozdabianie tortów, a w związku z tym należy je szczególnie docenić. Chodzi tu przede wszystkim o możliwości jakie druk trójwymiarowy daje medycynie, a zwłaszcza przykłady dotyczące chirurgii. Im też przede wszystkim warto poświęcić zasoby finansowe, czas, uwagę i potencjał specjalistów, aby z nietypowych stały się zdecydowanie bardziej powszechne.

 

Perspektywy druku 3D – Marcin Szymański, Dyrektor ds. Produktu VSHAPER

Branża druku 3D materiałami termoplastycznymi powiększa się z roku na rok. Sama idea nakładania kolejnych warstw aż do osiągnięcia zamierzonego kształtu wydaje się prosta i myśląc o jej zastosowaniu w dziedzinie prototypowania rzeczywiście nie nastręcza już dziś większych komplikacji. Druk 3D wkroczył jednak do procesów wytwarzania gotowych części jako wsparcie utrzymania linii produkcyjnych, serwisowych, a coraz częściej jako alternatywa dla wytwarzania wtryskowego, czy procesów skrawania – przy mniejszych seriach. Duża zasługa w tym nowoczesnych materiałów charakteryzujących się odpornością udarową, temperaturową i chemiczną, porównywalną z parametrami metali, przy zachowaniu niewielkiej wagi drukowanych części. Możliwości technologiczne drukarek, w połączeniu z właściwościami konkretnych tworzyw, pomogły utorować drogę do przemysłowych zastosowań druku 3D w branży motoryzacyjnej, lotniczej i militarnej.

 

Autor: Maja Kot

Tekst w wersji PDF poniżej lub proszę kliknąć link do pobrania pliku PDF
GM_2020_1_24_27_Druk3D
0

Authors
Tagi

Related posts

Góra
English