Jakie są technologie druku 3D?

Źródło: 3dnatives.com

Druk 3D to proces produkcji przyrostowej oparty na pomyśle przekształcenia cyfrowego modelu w trójwymiarowy obiekt stały. Na przestrzeni lat w przemyśle opracowano różne technologie druku 3D, nazywane również technologiami przyrostowymi, których wspólną cechą jest tworzenie modelu fizycznego warstwa po warstwie.

Początki tej koncepcji sięgają lat 80., kiedy dr Kodama z Nagoya Municipal Industrial Research Institute stworzył technikę szybkiego prototypowania zdolną do wytwarzania obiektu „plaster po plastrze”. W 1984 roku zespół francuskich badaczy opracował pierwszy patent, który kilka lat później został ostatecznie porzucony. To w końcu Chuck Hull, przyszły założyciel giganta 3D Systems, uzyskał pierwszy patent komercyjny w 1986 roku na technikę zwaną wówczas „stereolitografią”. W 2016 roku gigant HP zaskakująco ogłosił swoje wejście na rynek druku 3D z nową autorską techniką o nazwie Multi Jet Fusion , która łączy technologie przyrostowe Binder Jetting i Material Jetting do produkcji części z tworzyw sztucznych.

Ten pierwszy rozwój rzeczywiście zapoczątkował to, co dziś uważa się za czwartą rewolucję przemysłową, oferując zastosowania w dziedzinach tak licznych, jak i różnorodnych: medycznej, lotniczej, jubilerskiej i wielu innych.

Rozwój technologii produkcji przyrostowej

Stereolitografia (SLA) to technologia, która jako materiał do druku 3D wykorzystuje płynną żywicę utwardzaną światłem UV. Od tego pierwszego odkrycia, na przestrzeni lat pojawiły się nowe techniki produkcji przyrostowej. W 1988 roku profesor Carl Deckard z Uniwersytetu Teksańskiego złożył patent na selektywne spiekanie laserowe (SLS), które opiera się na stapianiu proszku tworzywa sztucznego za pomocą lasera. W tym samym czasie Scott Crump, założyciel grupy Stratasys, opracowywał pierwsze drukarki 3D wykorzystujące ekstruzję filamentów z tworzyw sztucznych. Technika ta, opatentowana pod nazwą modelowania przez osadzanie topionego materiału (FDM), jest dziś jedną z najpopularniejszych technologii druku 3D dzięki łatwości obsługi i stosunkowo niskiemu kosztowi zakupu.

Od lat 90. XX wieku produkcja przyrostowa nadal rozwijała się dzięki pojawieniu się innowacyjnych technologii: Binder Jetting, wynalezionego przez ZCorp, który wykorzystuje proszek mineralny, spoiwo i kolorowe tusze; technologii PolyJet, stworzonej przez izraelską firmę Objet, w której drukarka 3D nanosi na tacę tysiące drobnych kropelek płynnych fotopolimerów, które można utwardzać, i natychmiast polimeryzuje je za pomocą promieni UV. Z kolei SLS dało początek przyrostowej produkcji metali wraz z nadejściem technologii przyrostowych, takich jak bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS), wprowadzane na rynek przez podmioty takie jak Phénix Systems, SLM Solutions lub Concept Laser, czy spajanie wiązką elektronów (EBM), opracowane przez szwedzką firmę Arcam w latach 2000.

Pomimo wysokiego poziomu konkurencji, wielu graczy wciąż wchodzi na rynek, niektórzy ulepszając istniejące procesy, a inni opracowując oryginalne. Producent EnvisionTec z drukiem DLP (Digital Light Processing), francuska firma Prodways z MovingLight lub Carbon3D z CLIP opracowały na przykład technologie pochodne od stereolitografii. W 2016 roku gigant HP zaskakująco ogłosił swoje wejście na rynek druku 3D z nową techniką o nazwie Multi Jet Fusion, która łączy spajanie proszków i strumieniowe nakładanie materiału do przyrostowej produkcji części z tworzyw sztucznych.

Dziś jednak to metal wyłania się jako materiał preferowany przez producentów drukarek. Wśród nowo przybyłych znajdują się BeAM Machines, XJet, Markforged, Fives AM, Desktop Metal i AdMetalFlex, z których każdy ma swoje powody: niższe koszty, krótszy czas druku, różnorodność kompatybilnych metali itp. W 2020 roku rynek druku 3D, obejmujący sprzedaż maszyn, materiałów drukarskich i powiązanych usług, wyceniano na 17 miliardów dolarów.

Ewolucja materiałów do druku 3D

Rozwój materiałów do druku 3D był w ostatnich latach bardzo szybki. Niektóre materiały z czasem uległy poprawie, a inne rozwinęły się lub pojawiły wraz z nadejściem nowych technologii druku 3D. Od tworzyw sztucznych po metale, a nawet zaskakujące materiały, takie jak te jadalne, każdy materiał ma specyficzne właściwości i często jest dostosowany do konkretnej technologii.

Każdy materiał do druku 3D jest dostępny w różnych formatach, od żywic dla technologii DLP i SLA, po filamenty dla technologii FDM lub proszki metaliczne dla technologii L-PBF. Każdego dnia opracowywane są nowe formaty i materiały, aby umożliwić tworzenie bardziej wytrzymałych modeli i uzyskanie lepszej jakości wydruku.

Obecnie rynek materiałów do druku 3D jest szeroko zakrojony i nadal rośnie. Wiele podmiotów inwestuje i stawia na niego. Przewiduje się, że do 2021 roku rynek materiałów 3D osiągnie wartość 1,4 miliarda dolarów.