Metode aditivne proizvodnje (3D print) i industrija brizganja plastičnih masa

Iako je tehnologija postepenog nanosa istopljenih komada i slojeva materijala jednog na drugi, najčešće plastičnih masa, stara i preko 100 godina, svoju masovniju primjenu pomenuta tehnologija nalazi tek u posljednih desetak godina. Autor: Tarik Kadrispahić

Iako je tehnologija postepenog nanosa istopljenih komada i slojeva materijala jednog na drugi, najčešće plastičnih masa, stara i preko 100 godina, svoju masovniju primjenu pomenuta tehnologija nalazi tek u posljednih desetak godina. Udžbenički termin za tehnologiju je aditivna proizvodnja, (eng: additive manufacturing), mada je široko rasprostranjeni trgovački i tehnički naziv 3D printanje, tj. 3D štampanje (eng: 3D print)

Primjenu je tehnika našla prije svega u:

• Razvoju proizvoda

• Vizualizaciji proizvoda i kreacija, uklj. umjetnost

• Brzoj izradi uzoraka (rapid prototyping)

a u skorije vrijeme još i za:

• Proizvodnju rezervnih dijelova

• Proizvodnju pojedinačnih i maloserijskih dijelova

Ubjedljivo najčešće korišteni materijali su bili i ostali plastične mase, a moguće je aditivno proizvoditi i komade od:

• Metala

• Gume

• Keramike

• Razne mješavine, npr. plastika/drvo, itd.

Zavisno od načina dovođenja, topljenja i nanosa materijala, postoje razne metode, od tzv. FFF (Fused filament fabrication) do DMLS (Direct metal laser sintering), a svaka metoda ima svoju primjenu u određenoj situaciji za određene namjene. Ovdje bi priča oko teorije aditivnih tehnologija završila, a svi koji žele proniknuti dublje u samu tehniku mogu na raznim mjestima pronaći mnogo tradicionalnih i multimedijalnih materijala na predmetnu temu. Želio bih se osvrnuti na posljedice, perspektive i procjenu razvoja tehnologije, a s posebnim osvrtom na industriju brizganja plastičnih masa.

Svakodnevno se susrećemo sa pregrštom vijesti iz domena 3D printanja, od toga da je određeni istraživački centar postigao značajan iskorak u primjeni tehnologije, do toga da se sve više objekata počinje proizvoditi pomoću iste, kao npr. građevine ili hrana. Iako izgleda kao da je proboj ostvaren, ustvari, on je tek počeo, a čovjek je zasad samo odškrinuo vrata neograničenim i neslućenim putevima primjene tehnike.

U ovom tekstu ćemo se zadržati u okvirima za 3D print tradicionalnih materijala, plastičnih masa i metala. Naime, za masovnije uvođenje aditivnih tehnologija u serijsku proizvodnju potrebno je rješiti 2 ključna pitanja:

1. Kvalitet proizvedenog komada, tj. njegova fizikalno-hemijska svojstva koja osiguravaju komad željenih karatkeristika (čvtstoća, tvrdoća, hrapavost, elastičnost, itd.)

2. Troškovi proizvodnje, tj. ubrzavanje procesa do stepena da trošak proizvodnje nije veći nego na konvencionalnim tehnikama, recimo brizganju.

Alatna revolucija

Svaka buduća ozbiljna primjena tehnike 3D printanja moraće da odgovori bilo na oba pitanja istovremeno, bilo na jedno pojedinačno pitanje. Tako npr. pitanje 2 i nije toliko bitno za proizvodnju pojedinačnih i maloserijskih komada, te se tehnika 3D printa dosad uglavnom i koristi za namjene koje su navedene na početku teksta. Međutim, postizanjem određenih unapređenja na polju kvaliteta proizvoda, na čemu se trenutno uveliko radi, biće moguće pod potpuno komercijalnim uslovima uvoditi tehniku printanja u dosad nezamislive sfere. Jedna od prvih “žrtava” će biti proizvodi koji se nazivaju alati, npr. alati za brizganje plastičnih dijelova.

Industrijski alati su od vremena svog nastanka uglavnom imali taj konstantan problem “unikatnosti”, tj. potrebe da se od svakog alata proizvede samo jedan komad ili svega nekoliko njih. To zahtjeva da se kompletno konstruisanje, izrada tehnologije proizvodnje i sama proizvodnja obavljaju zbog samo jednog/nekoliko komada, što se radikalno odražavalo na njegovu cijenu. Uzmimo za primjer alat za brizganje plastičnih komada. Nakon konstruisanja i planiranja tehnologije izrade, koji predstavljaju visokosofisticiran stručan posao, komad odlazi u proizvodnju gdje se satima i danima obrađuje i prebacuje sa jednog procesa do drugog, sa neizbježnim mnogostrukim ponavljanjem procesa glodanja, a prolazeći još između ostalog kroz obje vrste erodiranja, tokarenje, brušenje, poliranje, itd.

Dovoljno je nakratko zamisliti da u slučaju 3D printanja alata za brizganje svi ovi procesi otpadaju, da sve one fabrike, proizvodne hale, stručnjaci alatničari i alatne mašine širom svijeta više nemaju svoju primjenu, pa da bude jasno da nam predstoji prava revolucija. Izrada alata više nikad neće biti ista. Ali ne samo ona.

Trenutno stanje tehnike je da se na tržištu već nude metalni i plastični 3D printani alati za brizganje plastičnih komada, ali zbog svojih fizikalnih, površinskih i dimenzionih karatkeristika, ti alati se mogu koristiti samo za ograničen spektar brizganih dijelova, procesnih parametara i broj brizganih komada. Postoje čak i mašine hibridi koje na istom obradnom centru postižu 3D printanje i obradu rezanjem, pri čemu je glodanje i brušenje površina zbog glatkoće koja se printanjem još uvijek ne može postići vrlo bitno. Međutim, jasno je da nije pitanje hoće li, nego kad će 3D štampani alati ostvariti masovni prodor u serijsku proizvodnju alata za obradu raznih sirovina, pogotovo plastičnih masa. Onog momenta kad ovakav alat pored dimenzione preciznosti ostvari i visoku površinsku preciznost i procesnu izdržljivost (npr. podnošenje pritiska od “500 tona” na mašini za brizganje plastike), tada konvencionalni način izrade alata ni izbliza neće moći cijenom parirati tehnici 3D printanja alata. (Treba još napomenuti: Naravno, sve to nakon termičke obrade, ali ona se podrazumijeva i u konvencionalnom načinu proizvodnje alata).

Img

3D printanje kao na traci

Uvođenje proizvodne trake kao sredstva za standardizaciju i ubrzavanje proizvodnih aktivnosti označilo je početak 2. industrijske revolucije. Različiti komadi, dijelovi, sklopovi i kompletni uređaji, npr. automobile su počeli da “sipaju” sa trake, a efikasnija proizvodnja je dovela do win-win efekta na obje strane kupo-prodajnog ugovora, tj. i kod proizvođača i kod kupaca. Era masovne proizvodnje je počela, a široke potrošačke mase mogle su sebi da priušte mašine i uređaje koji su im samo deceniju prije bili nezamislivi. (Naravno, ovako istorija opisuje događaje koji su se odigrali u SAD-u, pa potom u Zapadnoj Evropi prije otprilike jednog stoljeća. U našoj regiji i diljem svijeta ove događaje treba posmatrati sa pomakom od jednu ili više decenija).

Vratimo se kratko na gore postavljena 2 pitanja u vezi tehnike 3D printa. Ako pretpostavimo da je pitanje 1 riješeno, i usmjerimo se na rješavanje pitanja 2, dolazi se do zaključka da poslije njegovog rješavanja ne samo da nam ne treba konvencionalno izrađeni alat, ne samo da nam alat ne treba uopšte, nego nam uopšte ne treba ni mašina za brizganje. Kompletna industrija nastala oko potrebe da se proizvode plastični dijelovi određene forme, tj. industrija brizganja plastičnih masa će postati velikim dijelom suvišna, i primjenjivaće se samo za popunjavanje određenih tržišnih i tehnoloških niša. 3D printani komadi će iz mašine za 3D print (kakva god da je ona i kako god je tada nazivali) “sipati” kao sa trake.

Koliko smo dalako od pomenutog scenarija? Po nekim predviđanjima ne tako daleko, o čemu svjedoče određeni pomaci u naprednim tehnikama serijskog 3D printa, npr. onaj američke firme Carbon 3D ili njemačkog instituta IFAM (Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung). U oba slučaja mašine, koje su još uvijek u fazi testiranja i početka proizvodnje, izrađuju plastične komade brzinom koja je uporediva sa brzinom brizganja (uporediva znači npr. 10 do Koliko smo dalako od pomenutog scenarija? Po nekim predviđanjima ne tako daleko, o čemu svjedoče određeni pomaci u naprednim tehnikama serijskog 3D printa, npr. onaj američke firme Carbon 3D ili njemačkog instituta IFAM (Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung). U oba slučaja mašine, koje su još uvijek u fazi testiranja i početka proizvodnje, izrađuju plastične komade brzinom koja je uporediva sa brzinom brizganja (uporediva znači npr. 10 do 20 puta sporije). Ali uz ključnu prednost fleksibilnosti i nižih investicionih troškova, bez suvišne krutosti procesa uslovljene postojanjem alata na kojem se izrađuje samo jedan dio radi kojeg je alat i nastao, ili više njih ako je alat takav, ali je poenta ista. Dalje, pomenuti aditivni procesi sigurno neće ostati na trenutnim vremenima ciklusa, nego će ga smanjivati, čak i ispod vremena ciklusa na brizganju. Koje npr. može za jednostavne i laganije dijelove da iznosi svega nekoliko sekundi, a prosječno iznosi nekoliko desetina sekundi.

Dakle, kratkoročno gledano, sve više pojedinačnih i maloserijskih komada će se proizvoditi metodom 3D printa, čak i oni najzahtjevniji za npr. industriju aviona i svemirskih letjelica. Dalje, za određeni dio granica broja komada za kojeg se isplati uvoditi 3D print sve više će se pomjerati nagore, dok se ne uspostavi neka vrsta ravnoteže koja će se zadržati na duže staze. Ta granica može sezati čak i do preko million ili više miliona komada.

Img

Zaključak

Za svega desetak godina sektor brizganja plastičnih dijelova sa kompletnom pratećom industrijom će doživjeti potpunu transformaciju, i to iz sadašnjeg toka procesa: izrada uzoraka, izrada alata na tradicionalan način, te brizganje, u smjeru da će se alati početno masovnije proizvoditi metodom 3D printa (aditivne proizvodnje), pa čak do toga da će izrada alata u potpunosti otpasti, a plastični komadi će se izrađivati direktno na 3D printerima. Tradicionalno brizganje će ostati prihvatljivo jedino za visok broj komada jednog dijela, ali će se i ta granica sve više pomjerati. Hibridno rješenje, u kojem će alat biti proizveden metodom 3D printa, a sam proces brizganja ostati isti, će imati mnogo veću šansu za preživljavanje i nastavak davanja svog doprinosa svjetskoj industriji. Kao I hibridne mašine, kombinacije 3D printa i obrade rezanjem.

PS. Dok je autor istraživao temu i sastavljao tekst, pojavio se u medijima i jedan članak koji opisuje primjenu 3D printanja za potpuno nove namjene – proizvodnju odjevnih predmeta. Na prvu, odjeća ne zrači nekim kvalitetom i vjerovatno djeluje previše “plastično” na osjećaj čovjekovog dodirnog komfora, ali jasno je da je tehnika u povoju i može predstavljati uvertiru u totalnu promjenu strukture tekstilne industrije. Počevši od proizvodnje prediva, preko proizvodnje štofa (tkanje, pletenje, itd), pa sve do konfekcioniranja. Svaki od pomenuta 3 procesa predstavlja široko rasprostranjene segmente industrije, sa ogromnim brojem radnih mjesta. Zvanični link proizvođača ovih printera, koji trenutno prikuplja finansijska sredstva za omasovljenje primjene svoje mašine dat je u popisu linkova.

PSS. Ovim tekstom portal skala.ba i Targer E&C žele dati uvodni osvrt na samo jednu malu puzlu u slagalici koja se zove tehnologija aditivne proizvodnje ili 3D štampanje. Samim tim, žele najaviti i permanentno upoznavanje i informisanje svojih čitatelja o predmetnoj temi, koja kao što je poznato, predstavlja i predstavljaće svojevrsnu revoluciju u mnogim granama i sektorima industrije, od industrije igračaka do svemirskih letjelica. A krajnja namjera nije samo upoznavanje industrijske inteligencije sa temom, nego i popularizacija, kao i masovno oživljavanje tehnike 3D printa u BiH i regiji.

Članak je prvobitno objavljen na portalu skala.ba

06.11.2018 15:26