Pixabay.com
Christian Reil

3D принтирането – от "неуспеха" на Кодама до производството на крайни продукти

Въпреки че адитивните технологии се налагат основно при създаването на прототипи, те все по-често се използват и за части за директна употреба

от Иван Гайдаров

8 септември 2022 11:47

Pixabay.com

3D принтирането е част от технологичните направления, с които са свързани голям част от иновациите в индустрията. Развитието на тази технология дори се сочи като крайъгълен камък за овладяването на Космоса. И това може би е съвсем в реда на нещата, като се има предвид, че идеята за 3D принтиране е описана за първи път през 1945 г. от фантаста Мъри Лейнстър. В един от своите разкази той обрисува машина, която може да вземе неговите рисунки и да ги репликира с роботизирана ръка в 3D обекти, използвайки разтопена пластмаса.

"Неуспехът" на Кодама

За да видим първото прилагане на адитивните технологии обаче, трябва да скочим до 1981 г., когато японският индустриален дизайнер Хидео Кодама търси начин да разработи система за бързо създаване на прототипи. Вследствие на това той въвежда подход за изграждане слой по слой, използвайки фоточувствителна смола, полимеризирана на UV светлина. Кодама не успява да патентова тази производствена технология, но се превръща във вдъхновение за изобретатели по целия свят и през 1984 г. трима френски изследователи дори създават първи прототип за машина, но и те не успяват да го патентоват.

Така историята стига до американския производител на мебели Чрлз Хъл, който получава първия патент за стереолитография (SLA). Разочарован от невъзможността да създава лесно малки персонализирани части, той разработва система за изграждане на 3D модели чрез втвърдяване на фоточувствителна смола слой по слой. След като подава искане за патент през 1986 г., през 1988 г. той основава 3D Systems Corporation и създава първият търговски SLA 3D принтер - SLA-1.

През същата година Карл Декар от Тексаския университет подава патент за технологията за селективно лазерно синтероване (SLS) - система, която слива прахове вместо течности с помощта на лазер. Именно пускането на първия комерсиален SLS принтер през 2006 г. се смята за повратна точка по отношение на процесите за създаване на индустриални части по заявка.

От прототипи към крайни продукти

"3D печатът надскочи доминиращата си роля като технология за създаване на прототипи и се развива като жизнеспособно решение за създаване на части за крайна употреба и има все по-мащабни производствени приложения", обясняват в увода към своя доклад "3D Printing Trend Report 2022" от Hubs - компания, започнала живота си като най-голямата в света peer-to-peer мрежа за 3D печат.

Според резултатите от него общия пазар на 3D принтиране ще достигне 44,5 млрд. долара до 2026 г., като средният годишен темп на растеж ще бъде на нива 24%. Само в хардуерния си сегмент той се очаква да се развие до 9,9 млрд. долара годишно в рамките на следващото десетилетие. А че всички условия за това са налице, няма съмнение - 68% от респондентите са отговорили, че са използвали по-често адитивни технологии през 2021 г. спрямо 2020 г.

"Много от индустриите, които са възприели 3D печата, включително здравеопазване, космическа индустрия, автомобилостроене, енергетика, моторни спортове и др., днес използват технологията за производство на функционални части за крайна употреба. Затова и въпреки че приемането на 3D печат като технология за създаване на прототипи остава доста последователно през последните няколко години, много източници сочат увеличаване на употребата на технологията за продукти за крайна употреба", обясняват от Hubs и посочва проучване от 2021 г. за състоянието на 3D принтирането на Jabil, според което през 2019 г. 52% от потребителите са използвали 3D принтиране за производство, докато през 2020 г. броят им е скочил до 62%.

Според специалистите на компанията настоящите тенденции очертават три преобладаващи производствени приложения на 3D печата - производство в малък обем, масово персонализиране и серийно производство:

Производство в малък обем

Когато става дума за производство в малък обем (100 - 1000 части на серия), от Hubs дават пример с моторните спортове и особено Формула 1, където често има нужда да се произвеждат много модерни компоненти в малки производствени серии, за да се постигне конкурентно предимство.

"3D принтирането е от жизненоважно значение за инженерите в моторните спортове, позволявайки индивидуално или малко производство на сложни конструкции, които са едновременно леки и здрави. Частите за крайна употреба в моторните спортове днес включват външни за каросерията, задвижване и компоненти на двигателя, части за управление на течности и много други", обясняват от платформата за 3D принтиране.

Подобна нужда има и в авиационната и космическата индустрия, където по-леките компоненти се измерват в по-голяма горивна ефективност. Пример за това е GE Aerospace, посочват от Hubs, която демонстрира това с двигателя GE9X, като интегрира 300 3D отпечатани компонента за крайна употреба, включително дюза, предназначена за по-ефективен разход на гориво. Той е признат за най-мощния реактивен двигател в света и вече е сертифициран от FAA.

Масово персонализиране

Едновременно с това 3D печатът отключва възможности за масова персонализация на продукти. Пример за това е стоматологичната индустрия, където все повече се използват адитивни технологии за производството на специфични за пациентите импланти и зъбни протези. Ортопедията също е сфера на приложение на 3D принтирането за крайни продукти като стелки и други изделия.

От Hubs дават пример и за далеч по-потребителски насочено използване на 3D печата за масово персонализиране на продукти. Formify, базиран в Торонто технологичен стартъп, създава персонализирани ергономични компютърни мишки за гейминг индустрията. Мишките се произвеждат с високопрецизен MJF 3D печат, който използва алгоритъм, анализиращ формата на ръката на всеки конкретен клиент, както и структурата на ставите и костите, за да се има предвид ергономичното прилягане.

Благодарение на тази технология Formify може многократно да произвежда напълно уникални продукти, без да се налага да разчита на конкретни форми.

Серийно производство

Като пример за възможностите, които дава технологията по отношение на серийното производство в полимерната сфера, докладът "3D Printing Trend Report 2022" посочва компанията за 3D принтиране Carbon. Adidas използва процеса на компанията Digital Light Synthesis (DLS) за масово производство на своята иновативна серия спортни обувки Futurecraft 4D, които интегрират уникална решетъчна геометрия.

Автомобилният производител Ford също разкри планове, свързани с масово производство на метален автомобил, използвайки технологията за струйно свързване на ExOne, в рамките на следващите няколко години.

"Напредъкът в производствените процеси за 3D печат ще продължи да отключва все повече приложения за серийно и масово производство в сектори като потребителски стоки, индустриално производство и автомобилостроене", обясняват в заключение от Hubs и посочват още един факт, който чертае светло бъдеще за адитивните технологии: "Има и все по-малко бариери пред приемането на 3D принтирането. Нашето проучване показва, че само 22% от инженерните компании намират цената на 3D печата за пречка, спад с 38% през миналата година. Всъщност именно цената е един от основните движещи фактори за много инженери да изберат именно този подход заедно с по-кратките срокове за изпълнение и подобрената геометрична сложност."