Παρουσιάζει η εταιρεία NEOMECH

Aπόσπασμα από την έντυπη έκδοση των Εργαλειομηχανών Σεπτεμβρίου

3D Εκτύπωση για μεταλλικά εξαρτήματα
Η 3D εκτύπωση, πιο επίσημα Προσθετική Κατασκευή (ΠΚ – Additive Manufacturing, ΑΜ), έχει ήδη συμπληρώσει 30 χρόνια τεχνολογικής ιστορίας. Ξεκίνησε κυρίως με φωτοπολυμερή, πλαστικά και οργανικά ή αδρανή φυσικά υλικά, υιοθετώντας σε όλες τις περιπτώσεις τη δημιουργία φυσικών αντικειμένων με διαδοχική καθ’ ύψος απόδοση/εναπόθεση στρώσεων, προσθετικά. Σε κάθε μια στρώση, δημιουργείται με ακρίβεια και με βάση ψηφιακά δεδομένα από 3D CAD μοντέλα η γεωμετρία του κατασκευαζομένου αντικειμένου στο επίπεδο αυτό, όσο σύνθετη και αν αυτή είναι!

Από την αρχή της 3D Εκτύπωσης κατέστη σαφές πως το «Άγιο Δισκοπότηρο» και για αυτές τις τεχνολογίες θα ήταν η απευθείας άμεση, ή έστω η οικονομική και γρήγορη έμμεση, κατασκευή μεταλλικών αντικειμένων από τα κυριότερα μέταλλα ευρείας βιομηχανικής χρήσης. Έτσι θα μπορούσε να επιτευχθεί η περίπλοκη γεωμετρία των σύγχρονων και μελλοντικών κατασκευών στα μεταλλικά υλικά, που οι συμβατικές μέθοδοι αδυνατούν να αποδώσουν. Και μάλιστα με τρόπο μη κλιμακούμενο ως προς το αντίστοιχο κόστος, καθώς στη διαστρωματική κατασκευή συνήθως ο ρυθμός και το κόστος κατασκευής δεν συναρτάται στενά με την πολυπλοκότητα του ίδιου του αντικειμένου (όπως π.χ. στις κατεργασίες), παρά περισσότερο με τον όγκο του. Έτσι από ένα σημείο καμπής και μετά, με την 3D Εκτύπωση είμαστε σε θέση να επωφελούμαστε από την λεγόμενη «Δωρεάν Συνθετότητα» (Complexity for Free) στις κατασκευές.

Η εξέλιξη σε αυτό το πεδίο ιδιαίτερα τα τελευταία 15 χρόνια υπήρξε έντονη και σταθερή, έτσι ώστε σήμερα να μπορούμε να μιλάμε για λειτουργικά και εμπορικά διαθέσιμα συστήματα Προσθετικής Κατασκευής άμεσα σε μέταλλο με τουλάχιστον πέντε τρόπους:
• Επιλεκτική Σύντηξη με Laser (Selective Laser Melting – SLM, αλλιώς και Direct Metal Laser Sintering – DMLS)
• Εναπόθεση μεταλλικού τήγματος (Laser Engineering Net Shaping – LENS), συχνά σε συνδυασμό με μηχανουργική κοπή στο ίδιο (υβριδικό) σύστημα
• Σύντηξη με Δέσμη Ηλεκτρονίων (Electron Beam Melting – EBM)
• Κατασκευή με Εναπόθεση Τήγματος πολυμερούς μαζί με μέταλλο (Fused Deposition Modeling – FDM), με επακόλουθη πυροσυσσωμάτωση.
• Κατασκευή με Ψεκασμό Συγκολλητικής Ουσίας (Binder Jetting – BJ), επίσης με επακόλουθη πυροσυσσωμάτωση ή/και εμποτισμό με άλλα μέταλλα.

Οι παραπάνω τεχνολογίες, διαφέρουν σημαντικά μεταξύ τους σε κόστος, υλικά, μέγεθος, ακρίβεια, είναι παρόλα αυτά συνολικά σήμερα σε θέση να κατασκευάζουν μεταλλικά αντικείμενα από ποικίλους χάλυβες (316, 316L, 420 κ.α.), χάλυβες εργαλείων (π.χ. PH 17-4), τιτάνιο & αλουμίνιο διαφόρων ποιοτήτων, χρωμιοκοβάλτιο, βολφράμιο, κράματα νικελίου, Inconel, σίδηρο, μπρούτζο, πολύτιμα μέταλλα και άλλα μεταλλικά υλικά και κράματα, ακόμα και εξατομικευμένα ανά εφαρμογή.

Πρέπει ακόμη εδώ να αναφερθεί πως θεωρητικά, κάθε 3D Εκτυπωτής που μπορεί να παράξει αντικείμενα υψηλής συνθετότητας από κατάλληλο υλικό που να μπορεί πλήρως να καεί και να αποτεφρωθεί με πολύ μικρό υπόλειμμα τέφρας, είναι ικανός να μας οδηγήσει σε μεταλλικά εξαρτήματα, καθώς το αντικείμενο αυτό δύναται να χρησιμοποιηθεί ως εφάπαξ αναλώσιμο μοδέλο σε διαδικασία χύτευσης ακριβείας, αλλιώς γνωστής και ως η «μέθοδος του χαμένου κεριού».

Τέλος πρέπει να αναφερθεί επίσης πως ορισμένες τεχνολογίες, όπως εκ των παραπάνω η Binder Jetting μπορούν να εξυπηρετήσουν την παραγωγή σύνθετων μεταλλικών αντικειμένων και έμμεσα με χύτευση, είτε άμμου, είτε croning, είτε χαμένου κεριού, δημιουργώντας με 3D εκτύπωση όχι πια ίδιο το αντικείμενο, αλλά τα απαραίτητα καλούπια, πυρήνες ή κελύφη για τη χύτευση μετάλλου σε αυτά, λειτουργώντας ως ένα σύγχρονο ψηφιακό χυτήριο! Σε αυτή την περίπτωση η χρησιμοποιούμενη πρώτη ύλη πλέον θα είναι άμμος χυτηρίου (π.χ. Furan), σκόνες πυριτίου, ζιρκόνια και κόκκοι κεραμικών.
Κόστος – Παραγωγικότητα

Όπως και σε κάθε νέα τεχνολογία, έτσι και στη 3D Εκτύπωση το κόστος ήταν και ακόμα παραμένει σχετικά υψηλό σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους, οι δε χρόνοι κατασκευής είναι σημαντικά πιο αργοί σε σχέση με μαζική βιομηχανική παραγωγή μέσω CNC μηχανών, χυτοπρεσσών κλπ.
Δημοσιευμένες μελέτες και εργασίες αναφέρουν περίπου 10πλάσιο κόστος πρώτων υλών για τα περισσότερα κοινά μέταλλα όταν είναι σε μορφή που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σε ΠΚ και εξίσου αυξημένο κόστος χρήσης για τους εξοπλισμούς ΠΚ ανά ώρα σε σχέση με συμβατικό παραγωγικό εξοπλισμό.

Γιατί λοιπόν 3D Εκτύπωση; Μα φυσικά για την επίτευξη αυξημένης συνθετότητας και πολυπλοκότητας, την απόλυτη ελευθερία μορφής και γεωμετρίας, την εξατομίκευση της παραγωγής, τη χαμηλή τήρηση αποθεμάτων, την ταχύτητα ανταπόκρισης σε επείγουσες παραγγελίες, την υποστήριξη μικρών σειρών παραγωγής, την αποκέντρωση της βιομηχανικής παραγωγής. Αυτές είναι ήδη ισχυρές τάσεις της σύγχρονης βιομηχανίας που έχουν αναγνωριστεί και πρόσφατα δημοσιευθεί από έγκυρους οίκους στρατηγικών και οικονομικών αναλύσεων (Forbes, Deloitte, Gartner κ.α.) σε εκθέσεις τους. Τάσεις που η βιομηχανία αναπόφευκτα σύντομα θα ακολουθήσει και οι οποίες είναι δυνατόν να εξυπηρετηθούν κυρίως με 3D Εκτύπωση! Το σχετικό κόστος υλικών, συστημάτων και χρήσης ΠΚ συνεπώς, αναμένεται να πέσει δραστικά στο εγγύς μέλλον όπως με κάθε τεχνολογία που εδραιώνεται, η δε παραγωγικότητα να ανέβει, τόσο μέσω της τεχνολογικής εξέλιξης και βελτιστοποίησης των ίδιων των συστημάτων ΠΚ, όσο και μέσω επενδύσεων φορέων και οικονομικών παραγόντων σε παραγωγικές συστοιχίες (clusters) και φάρμες (farms) Προσθετικής Κατασκευής, σιγά σιγά ακόμα και στο Ελληνικό περιβάλλον.

-Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με 3D Printing & 3D Εκτυπωτές επικοινωνήστε με την εταιρεία NEOMECH

–Γίνετε συνδρομητής μας και διαβάστε ολόκληρο το άρθρο όπως δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ΕΡΓΑΛΕΙΟΜΗΧΑΝΕΣ