Logistyka produkcji

DRUK 3D – praktyczne zastosowania oraz potencjał technologii

By  | 

Na jedno polska branża technologii druku 3D nie może dziś narzekać – jej istnienie jest mocno rozpowszechnione i uświadomione w niemal każdej firmie produkcyjnej. Ale niestety – najczęściej jest to wiedza powierzchowna, ograniczająca się do pojęć, zagadnień lub realizacji podpatrzonych w mediach czy na branżowych targach. Ponadto druk 3D, z krzywdą dla tej technologii, jest w Polsce kojarzony z wytwarzaniem gadżetów czy pomocy szkolnych. Wiedza o tym, że może on rozwiązać wiele problemów dotyczących np. utrzymania płynności produkcji czy wytworzenia serii prototypów, jest nadal rzadka. I płytka. Takiemu stanowi rzeczy winna jest niestety sama branża druku 3D, która dziś jeszcze nie potrafi prowadzić uregulowanych działań promujących rolę profesjonalnego wdrażania rozwiązań technologii generatywnych.

Skutkiem tego szumne mówienie o technologiach druku 3D w bardzo wielu przypadkach zawężane jest do korzystania z ich najprostszej postaci – technologii FDM (fused deposition modeling, czyli przetopu termoplastycznych tworzyw sztucznych). Niskie koszty jej wdrożenia powodują, że jak grzyby po deszczu powstają podmioty oferujące usługi druku 3D. Proste wydruki nie wymagają specjalistycznej wiedzy i może je wykonywać każdy, kto poświęci chwilę, by się przeszkolić. I nie byłoby w tym nic niezwykłego czy rażącego, gdyby nie fakt, że taki wizerunek technologii druku 3D funkcjonuje wśród ludzi związanych z przemysłem. Finalnie wszyscy na tym tracą – czas, pieniądze i możliwości.

Idąc tylko krok dalej, można dowiedzieć się, że dziś druk 3D niemal nie ma ograniczeń innych niż wyobraźnia. Kilkadziesiąt technologii druku 3D możemy zgrupować w czterech podstawowych segmentach:

  1. FDM/FFF/LPD – czyli termozgrzewanie tworzyw sztucznych,
  2. SLA/DLP/3SP – czyli fotopolimeryzacja żywic światłoczułych,
  3. SLS – czyli selektywny spiek laserowy proszków poliamidowych,
  4. SLM/DMLS/LaserCusing – czyli spiek laserowy proszków metalowych.

Podstawowa wiedza i umiejętność rozróżnienia technologii są istotne w kontekście nawiązania współpracy z firmami świadczącymi usługi druku 3D i/lub wdrożeń drukarek 3D. Nawiązanie współpracy może przynieść bardzo wiele korzyści, pod warunkiem że partner, którego wybierzemy, będzie mógł wykazać się szeroką i kompletną wiedzą dotycząca aplikacyjności poszczególnych technologii i dopasowania ich do potrzeb danego przedsiębiorstwa. Tu raz jeszcze warto podkreślić, że niska finansowa bariera wejścia w świadczenie usług druku 3D powoduje, że na rynku funkcjonuje wiele firm, którym brak zaplecza merytorycznego i technicznego. Finalnie taki stan rzeczy negatywnie wpływa na wizerunek technologii addytywnych. Nieudane lub nieukończone realizacje utrudniają budowanie zaufania pomiędzy przemysłem a branżą druku 3D. Jeśli realizacje były kompletną klapą, najczęściej na bardzo długi czas zniechęca to klientów do spróbowania raz jeszcze. Polska branża druku 3D jest jeszcze zbyt młoda, by była skutecznie weryfikowana przez wolny rynek w oparciu o profesjonalizm świadczonych usług. Duża część nowych firm zdobywa klientów atrakcyjnymi czy wręcz dumpingowymi cenami – by potem nie móc realizować usług profesjonalnie. I znów tracą na tym wszyscy.

JAK, GDZIE I PO CO?

Przykładami ciekawych wdrożeń technologii druku 3D można sypać jak z rękawa. Nikt, kto zawodowo związany jest z szeroko pojętą produkcją, nie przejdzie obok nich obojętnie. Pierwszym niech będzie pewna firma wojskowa, która przy wykorzystaniu technologii odlewania próżniowego wykonuje serie 10-20 sztuk dedykowanych swoim urządzeniom elementów. Nietrudno wywnioskować, że przy takich ilościach inwestycja w formy wtryskowe nie ma najmniejszego sensu, choć mimo to takie decyzje są nadal podejmowane w wielu przedsiębiorstwach. Firma, o której mówimy, ma jeszcze jednego asa w rękawie: gdy zdecyduje, że teraz potrzebuje kilkunastu innych elementów, zamiast zamawiania nowych form wytryskowych stworzy nowy projekt dla swojej drukarki 3D.

Doskonałymi przykładami wdrożeń są fabryki z tzw. „lekką produkcją” (co ciekawe, w nich świetnie sprawdza się także wspomniana technologia FDM). I tak na przykład na linii produkcyjnej etykietowania butelek można znaleźć kilka elementów, które może nie są narażone na duże obciążenia czy szczególne warunki pracy, ale cyklicznie się zużywają. Zamiast wstrzymywać produkcję w oczekiwaniu na części zamienne od producenta maszyn, dużo szybciej będzie po prostu je sobie wydrukować.

Przytaczając przykłady, nie można pominąć szybkiego prototypowania. Hasło, z którym wielu managerów już się osłuchało, lecz nie traci ono nic na swojej atrakcyjności. Szczególnie gdy jest się producentem obuwia i dzięki wdrożeniu drukarki 3D zwiększa się tempo produkcji prototypów obcasów z jednego do sześciu na dobę. Koszt w taką inwestycję zwraca się bardzo szybko. Technologia druku 3D pozwala nie tylko drukować potrzebne części zamienne, ale także na bieżąco modyfikować je pod konkretne potrzeby produkcji. W ten sposób posiadane już w zakładzie produkcyjnym maszyny zwiększają swoją efektywność i opłacalność, a firma może zaoszczędzić na zakupie urządzeń pod wąskie czy wyjątkowe zastosowania. Oszczędności liczy się tu nie tylko w pieniądzach, ale i w czasie.

Są sytuacje, w których druk 3D jest jedynym opłacalnym rozwiązaniem. Jest tak np. wtedy, gdy projektu nie da się wykonać tradycyjnymi, ubytkowymi metodami obróbki. Z drugiej strony są projekty, które jak najbardziej można wykonać bez udziału technologii generatywnych. Może się jednak okazać, że wydrukowanie zajmie znacznie mniej czasu i będzie zwyczajnie dużo tańsze.

DRUKIEM CZY WTRYSKIEM?

Porównanie i zestawianie ze sobą szybkości i opłacalności wykorzystania w produkcji technologii druku 3D i form wtryskowych pojawia się często. Druk 3D w pewnych przypadkach wypiera już zastosowanie frezu. Jednak nie jest regułą, że druk 3D zawsze będzie bardziej opłacalny. Trzeba zastanowić się, jak dużą produkcję danego elementu chcemy uruchomić. Dodatkowym pytaniem jest, czy na pewno wszystkie elementy mają być dokładnie takie same, czy może potrzebujemy drobnych zmian. Dobrą ilustracją do tej wypowiedzi jest wykres obrazujący koszty wytworzenia plastikowej kaczuszki dwiema wspomnianymi metodami, w zależności od liczby wytworzonych elementów (rys. 1). Jak widać, w pewnym miejscu oba wykresy się krzyżują i druk 3D przestaje górować nad metodą wtryskową. Zawsze kluczem do optymalizacji produkcji jest oszacowanie finalnego zapotrzebowania.

Pasted image at 2017_09_28 04_14 PM

Rys. 1. Wykres obrazujący koszty wytworzenia plastikowej kaczuszki metodą druku 3D i metodą wtryskową

CIĄGŁY POTENCJAŁ CIĄGŁEGO WZROSTU

W ostatnich latach technologie generatywne bardzo intensywnie się rozrosły, a ich wpływ na różne gałęzie życia jest i coraz większy, i coraz bardziej widoczny. Poza entuzjazmem trzeba jednak pamiętać, że nie jest on uniwersalną odpowiedzią na wszystkie potrzeby producentów. Różne gałęzie przemysłu zaadaptowały go w różny sposób. Dalszy jego rozwój będzie szybszy, kiedy (lub też: jeśli) druk 3D przestanie być postrzegany jako technologia niekonwencjonalna. Lub hobby.

Natomiast to, w jaki sposób dana technologia addytywna będzie aplikowana, mocno zależy od tego, jaki potencjał aktualnie dostrzeże w niej rynek. Firma badawcza Gartner w badaniu „Hype Cycle for 3D Printing, 2017” prognozuje, jak wysoce prawdopodobne jest osiągnięcie powszechnej aplikacyjności różnych gałęzi i technologii druku 3D w danym przedziale czasowym (rys.2). Rozbieżności i różnice w dynamice są spore. Podobnie jak oczekiwania.

wykres1

Rys. 2. Gartner’s Hype Cycles Emerging Technologies 2017

ASPEKT MASOWEJ PRODUKCJI

Mimo młodego wieku branży daje się już zauważyć jej wpływ na masowe produkcje. Firmy coraz chętniej decydują się na krótkie serie produkcyjne i realizują je z wykorzystaniem technologii generatywnych. Tak jest po prostu dużo bezpieczniej i dużo taniej, a gdy zachodzi konieczność wprowadzenia zmian, produkcję można szybko, bez problemu i bez dodatkowych kosztów przezbroić. Dodatkowo coraz popularniejsze staje się łączenie produkcji masowej z personalizacją finalnego produktu.

Istnieje bardzo dużo produktów, w których tylko niektóre elementy wymagają personalizacji w celu polepszenia ich efektywności. Cała reszta urządzenia może być produkowana masowo. Idealnym przykładem są tu aparaty słuchowe – personalizowana obudowa plus elektronika produkowana masowo.

Dziś drukarki 3D nie są jeszcze zagrożeniem dla tradycyjnej produkcji masowej. Jednak obserwowany trend skracania serii produkcyjnych (czy ich większe personalizowanie) mogą zaowocować tworzeniem centrów produkcyjnych opartych na technologii druku 3D. Będą one w stanie dowolnie zmieniać zakres produkcji i lokować ją bliżej klientów. To z kolei skróci czas i koszty dostaw, dając wymierne oszczędności.

Technologie druku 3D mają – jak wszystko – i zalety, i wady. Dzięki właściwemu dopasowaniu technologii addytywnej, dobraniu właściwego materiału i odpowiedniego urządzenia osiągnięcie w firmie czy zakładzie produkcyjnym ogromnych oszczędności jest tylko kwestią czasu. Najważniejszym jest jednak, że druk 3D pozwala znacznie skrócić etap prototypowania, a także udostępnia możliwości niemożliwe do osiągnięcia z wykorzystaniem tradycyjnych maszyn CNC. Krótkoseryjne lub jednostkowe wytwórstwo to kierunek, w którym zmierza wiele branż. Świat się personalizuje, a drukarki 3D z pewnością mu w tym pomogą.

Reasumując – druk 3D jest w fazie wznoszącej cyklu rozwojowego. Nie w każdej branży, nie w każdym momencie będzie skuteczny. Jednakże wiedza o potencjale i możliwościach pozwoli na optymalne zastosowanie technologii 3D w wielu firmach. Istotne jest, aby sięgać po tę wiedzę z profesjonalistami. Druk 3D ma tą szczególną właściwość, że inwestycje w utrzymaniu ruchu potrafią się zwrócić po 1-2 miesiącach, a nie latach.

This slideshow requires JavaScript.

Artykuł ukazał się na łamach czasopisma Szef Utrzymania Ruchu – wydanie 5/2017.


AUTOR: ANDRZEJ BURGS

aburgs

Współzałożyciel i prezes zarządu w Sygnis New Technologies Sp. z o.o. (wcześniej Sygnis Sp. z o.o.). Odpowiada w spółce za opracowywanie i realizację strategii biznesowej, projekty badawcze oraz organizację pracy. Nadzoruje i kieruje pracą zespołów:  handlowego, projektowego i technicznego. Ułatwia mu to ponad 10-letnie doświadczenie w zakresie zarządzania zasobami ludzkimi. Szkoleniowiec technologii druku 3D i ekspert technologii generatywnych. Odbył specjalistyczne szkolenia w zakresie technologii generatywnych SLS, 3SP, DLP. Na koncie ma już ponad 100 kompleksowych wdrożeń technologicznych w firmach produkcyjnych. Czynny uczestnik prac badawczych spółki. Współtwórca nowatorskiej technologii druku 3D ze szkła niskotemperaturowego (LTG3DP). Jeden z autorów Kodeksu Dobrych Praktyk Stowarzyszenia Polskiej Branży Druku 3D.

Ukończył Wydział Fizyki UW ze specjalizacją: Ekonofizyka. Poza działalnością biznesową zajmuje się akredytacją uczelni w Polsce w ramach pracy eksperta ds. Pracodawców w Polskiej Komisji Akredytacyjnej.

Od zawsze związany z Warszawą. Prywatnie zapalony kibic piłkarski. Ponadto pasjonat kajakarstwa długodystansowego oraz pomysłodawca i komandor Canoe Expedition Danube.


Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *