Druk 3D - rozwiązanie naszych problemów?

Wiodące organizacje uważają, że druk 3D może stać się jednym z największych postępów technologicznych w historii.

Jaki inny proces produkcyjny może mieć tak duży wpływ na wiele innych branż, jak druk 3D?

Diabeł tkwi w szczegółach

Druk 3D, znany również jako produkcja addytywna, polega na wytwarzaniu elementów warstwa po warstwie.

Obiekty fizyczne są wytwarzane przez dodawanie kolejnych cienkich warstw materiału, aż do ukończenia produktu końcowego.

Druk 3D, wspierany przez projektowanie wspomagane komputerowo (CAD), przenosi obiekty cyfrowe do postaci fizycznej za pomocą procesu addytywnego.

Metoda ta różni się od tradycyjnych technik, które są subtraktywne, takich jak formowanie lub odlewanie.

Przypis w historii

Charles Hull zapoczątkował drukowanie 3D 36 lat temu, w 1986 roku.

Opatentował stereolitografię, proces wykorzystujący sterowaną komputerowo ruchomą wiązkę lasera do kształtowania obiektów.

Dopiero w połowie XXI wieku technologia ta zaczęła się różnicować i rozwijać.

W tym czasie druk 3D zaczął specjalizować się w produkcji jednorazowych i krótkoseryjnych komponentów, dzięki niskim kosztom oprzyrządowania i konfiguracji.

Ta dywersyfikacja wciąż nabiera tempa, a elastyczność procesu sprawia, że znajduje on zastosowanie w niemal każdej branży.

Samoloty, pociągi i samochody - a druk 3D?

Żarówki, silniki parowe, samochody i samoloty były rewolucyjnymi kamieniami milowymi w historii ludzkości.

Wiele osób z branży produkcyjnej twierdzi, że możliwości druku 3D mogą dołączyć do tego ekskluzywnego klubu.

Ponieważ z dnia na dzień pojawiają się nowe zastosowania, pełna moc i potencjał produkcji addytywnej nie zostały jeszcze w pełni uwolnione.

Jest tak wysoko ceniony ze względu na swoje właściwości:

1. Personalizacja - Proces ten oferuje wiele możliwości. Wiele produktów może być wytwarzanych w tym samym czasie, bez dodatkowych kosztów.
2. Złożoność - Druk 3D zapewnia skomplikowany proces produkcyjny, którego człowiek po prostu nie jest w stanie powtórzyć. Specyficzne części w niektórych branżach, takich jak sektor lotniczy, wielokrotnie pokazują złożoność oferowaną przez tę technikę.
3. Wydajność - Może zmniejszyć lub nawet wyeliminować koszty produkcji narzędzi i robocizny. W rezultacie staje się to coraz bardziej atrakcyjną techniką dla producentów, ponieważ oszczędza koszty, czas i pracę, eliminując jednocześnie błędy ludzkie.
4. Zrównoważony rozwój - W czasach zagrożenia klimatycznego druk 3D jest postrzegany jako niezwykle energooszczędna technologia. Zapewnia znacznie mniej odpadów, może zaoszczędzić na transporcie gotowych produktów, co w połączeniu z jego wydajnością daje mniejszy ślad węglowy.

Zróżnicowane podejście

Produkcja addytywna charakteryzuje się elastycznością i różnorodnością nawet na poziomie 21^st wiek nie widział wcześniej.

Co potrafią inne procesy produkcyjne:

• Produkcja małych, skomplikowanych części do stabilizacji samolotu
• Przygotuj materiały medyczne dla rannych żołnierzy na Ukrainie
• Stwórz jadalną żywność, która "pobije świat
• Montaż śmiercionośnej broni palnej we własnej sypialni

Potencjał druku 3D jest nieograniczony.

Zakres materiałów, które można wykorzystać w tym procesie, stale rośnie.

Drewno, tkanina, papier i skała mają obecnie ograniczone zastosowanie, ponieważ nie mogą być nakładane jako cienkie warstwy w stanie stopionym lub płynnym.

Nie jest zaskoczeniem, że tworzywa sztuczne są najczęściej stosowanymi materiałami w tym procesie.

Atrybuty tworzyw sztucznych sprawiają, że idealnie nadają się one do tworzenia produktów w szerokiej gamie kolorów, rozmiarów i kształtów.

Oczekuje się, że do 2027 r. wartość rynku tworzyw sztucznych do druku 3D osiągnie $1,9 mld USD.

Ale wykorzystanie metali kwitnie również w sferze druku 3D.

Produkcja kobaltowo-chromowych dysz paliwowych za pomocą druku 3D jest obecnie popularna w przemyśle lotniczym. Ta niewielka część silnika pokazuje produkcję addytywną w całej okazałości: konfigurowalną, złożoną, wydajną i zrównoważoną.

Te dysze paliwowe składały się kiedyś z 20 pojedynczych części, które były ze sobą zespawane.

Druk 3D wytwarza je jako jeden solidny element, który waży 25% mniej i jest pięciokrotnie mocniejszy.

Stały się one bestsellerem w branży lotniczej, a ich wysoki poziom wydajności pozwala zaoszczędzić około 1,5 mln euro. $3 milionów za samolot.

Jedzenie do przemyślenia

Wielu ekspertów z branży druku żywności uważa, że w niedalekiej przyszłości drukarka 3D będzie podstawowym elementem wyposażenia każdej domowej kuchni.

Jakkolwiek dziwacznie brzmi drukowana żywność, działa ona w tym samym procesie addytywnym, co metale i tworzywa sztuczne.

W rezultacie działa najlepiej z lepkimi materiałami, dlatego stałe, całe pokarmy nie są obecnie kompatybilne.

Pasty i przeciery są najpopularniejszymi produktami spożywczymi drukowanymi w 3D, jednak plany produkcji drukowanego mięsa nie są odległe w tej stale rozwijającej się przestrzeni.

Jako wisienka na torcie, druk 3D był odpowiedzialny za "Najlepsze tiramisu na świecie w najnowszej edycji Pucharu Świata Tiramisu.

Niespodziewany sojusznik

Ukraina jest beneficjentem produkcji addytywnej.

W czasach rozpaczy i rozlewu krwi druk 3D okazał się cennym, choć nieoczekiwanym sprzymierzeńcem ukraińskich żołnierzy.

Około 5 000 opasek uciskowych wielokrotnego użytku zostało wysłanych na linię frontu w celu uzupełnienia krytycznych niedoborów.

Z pomocą plików cyfrowych, bandaże, szyny i nasadki AK-47 zostały również wyprodukowane w ogromnych ilościach.

Biorąc pod uwagę, że produkcja addytywna broni była stosunkowo niespotykana przed rosyjską inwazją, była to szybka, ale udana misja.

Budowanie sprawy

Druk 3D jest postrzegany jako przyszłość budownictwa.

Jest również postrzegany jako rozwiązanie wielu problemów związanych z nowoczesnym budownictwem.

Drukowane domy będą:

• Zmniejszenie szkodliwego wpływu branży budowlanej na środowisko naturalne
• Zwiększenie szybkości i wydajności budowy
• Ograniczenie łańcucha dostaw i błędów ludzkich
• Zmniejszenie ekstremalnego wzrostu kosztów materiałów
• Zaspokajanie rosnącego popytu na usługi budowlane na całym świecie
• Ograniczenie odpadów materiałowych podczas budowy

Do 2030 r. Dubaj ma wizję, zgodnie z którą 25% jego budynków zostanie wydrukowanych w 3D.

W Malawi, a wkrótce potem na Madagaskarze, powstały pierwsze na świecie drukowane szkoły.

Druk 3D jest postrzegany jako rozwiązanie problemu niedoboru szkół w krajach rozwijających się, gdzie sam Madagaskar potrzebuje ok. 22 000 nowych szkół.

Duże zapotrzebowanie

Druk 3D wypełnia luki w wielu innych branżach:

• Medyczny
• Stomatologia
• Lotnictwo i kosmonautyka
• Motoryzacja
• Biżuteria
• Sztuka/Design/Rzeźba
• Moda

Prace medyczne czerpią ogromne korzyści z postępów w tej technologii.

Na początku tego miesiąca świat ujrzał pierwszą operację medycznego przeszczepu ucha. Proces drukowania ucha trwał mniej niż 10 minut.

Ponad 100 000 protez stawu biodrowego zostało wydrukowanych w 3D w ciągu ostatniej dekady. Proces ten zapewni dostęp do większej liczby operacji tego rodzaju w przyszłości.

W ciągu ostatnich 17 lat niemal każdy aparat słuchowy został wydrukowany w 3D.

Druk addytywny odgrywa ogromną rolę na arenie motoryzacyjnej, zwłaszcza w wysokooktanowej Formule 1.

Te aerodynamiczne maszyny wymagają setek specyficznych, skomplikowanych części, aby samochód minął flagę w szachownicę.

W F1 druk 3D ma:

• Zwiększona produktywność
• Zwiększona wydajność
• Obniżone koszty
• Większa swoboda projektowania

Części F1 wykonane w procesie produkcji addytywnej są lżejsze niż było to możliwe wcześniej, przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności paliwowej.

Pozwoliły one na zwiększenie osiągów samochodu i zmniejszenie zużycia tych delikatnych bestii.

W branży modowej buty są najpopularniejszym produktem wytwarzanym w ten sposób.

Ponieważ branża fast-fashion znajduje się pod ostrzałem za swoje niezrównoważone praktyki, druk 3D oferuje rozwiązanie.

Wytwarzając mniej emisji podczas produkcji, zapewnia również 35% mniej odpadów materiałowych.

Przewiduje się, że do 2028 r. wartość okularów drukowanych w 3D osiągnie $3,4 mld USD.

Dymiący pistolet

Jedną z poważnych wad tego zbliżającego się przejęcia nowoczesnych gałęzi przemysłu jest potencjalna utrata miejsc pracy.

Proces o takiej szybkości i wydajności, bez możliwości wystąpienia błędu ludzkiego, może spowodować utratę pracy przez wiele osób w wielu branżach, które zdecydują się na wdrożenie tej techniki.

Tam, gdzie pojawią się możliwości i nowe miejsca pracy, stare możliwości i przedsięwzięcia mogą zostać zamknięte.

Technika o tak ogromnym potencjale zawsze może być nadużywana.

W czerwcu 2022 r, 18-letni podejrzany w Australii Zachodniej został aresztowany z w pełni funkcjonalnym, półautomatycznym pistoletem wydrukowanym w 3D..

Broń tego typu, wyprodukowana we własnym domu, pozostaje nielicencjonowana i nieuregulowana.

Biorąc pod uwagę łatwość, z jaką został wyprodukowany, przy użyciu zwykłej biurkowej drukarki 3D i łatwo dostępnych materiałów, nie jest zaskoczeniem, że jest to coraz większy problem.

W rzeczywistości jest to tak niepokojące, że Europol wydał w zeszłym miesiącu oświadczenie pokazujące, jak poważnie traktuje zagrożenie.

Często określane jako "broń widmo", pistolety drukowane w 3D są trudne do wyśledzenia, ponieważ nieuregulowane nie mają dołączonego numeru seryjnego.

Zapnij pasy

Produkcja addytywna oferuje niesamowite rozwiązania, które poprawiają jakość życia, produktów i miejsc pracy w wielu branżach i społecznościach.

Konieczna będzie jednak współpraca międzynarodowa i ulepszone prawodawstwo, aby zapewnić, że druk 3D nadal będzie siłą napędową dobra, a nie narzędziem dla złoczyńców szukających taniego, nieuregulowanego i niemożliwego do wykrycia sposobu na produkcję kontrabandy, takiej jak broń palna domowej roboty.

Hałas dochodzący z branży jest głośny.

Druk 3D rozwija się, a od nas i od tych, którzy nami rządzą, zależy, czy ta fascynująca technologia pozostanie na właściwej drodze.