Technologie 3D przestały być narzędziami wykorzystywanymi głównie do tworzenia prototypów. Obecnie obejmują druk addytywny, skanowanie przestrzenne, modelowanie CAD, symulacje oraz cyfrowe bliźniaki. Rozwiązania te znajdują zastosowanie m.in. w motoryzacji, lotnictwie, budownictwie, medycynie i produkcji maszyn. Pozwalają projektować szybciej, ograniczać liczbę fizycznych prototypów i wytwarzać elementy o geometrii trudnej do uzyskania tradycyjnymi metodami.

Druk 3D wychodzi poza prototypowanie

Od tworzyw sztucznych do metalu

Drukarki 3D pracują dziś z termoplastami, żywicami, metalami, ceramiką, a nawet betonem. Technologie takie jak FDM, SLA czy SLS różnią się dokładnością, ceną i dostępnymi materiałami. W przemyśle szczególne znaczenie mają metody wykorzystujące proszki metali, pozwalające produkować części ze stopów aluminium, tytanu czy stali.

Druk addytywny umożliwia tworzenie kanałów wewnętrznych, struktur kratowych i lekkich elementów, których wykonanie przez frezowanie lub odlewanie byłoby skomplikowane. Właśnie dlatego technologia rozwija się m.in. w lotnictwie, gdzie ograniczenie masy części może przełożyć się na mniejsze zużycie paliwa.

Modelowanie 3D skraca drogę od pomysłu do produkcji

Projekt można sprawdzić przed wykonaniem

Model cyfrowy pozwala dokładnie określić wymiary, kształt oraz sposób współpracy poszczególnych części. Systemy CAD umożliwiają wprowadzanie zmian bez wykonywania kolejnego fizycznego prototypu. Projektant może przygotować kilka wariantów produktu i porównać je jeszcze przed rozpoczęciem produkcji.

Modele są również podstawą analiz komputerowych. Symulacje pozwalają sprawdzać m.in. rozkład naprężeń, przepływ powietrza, wymianę ciepła czy zachowanie konstrukcji pod obciążeniem. Ogranicza to ryzyko wykrycia poważnych błędów dopiero podczas testów gotowego produktu.

Skanowanie 3D odtwarza rzeczywiste obiekty

Miliony punktów tworzą cyfrową kopię

Skanery laserowe i optyczne mierzą powierzchnię rzeczywistego przedmiotu, tworząc tzw. chmurę punktów. Na jej podstawie powstaje model przestrzenny. Technologia znajduje zastosowanie w kontroli jakości, inżynierii odwrotnej oraz podczas odtwarzania części, dla których nie istnieje już dokumentacja techniczna.

Skanowanie może również wykazać różnice pomiędzy modelem CAD a wyprodukowanym elementem. Pozwala więc szybciej wykrywać deformacje oraz odchylenia wymiarowe.

Cyfrowe bliźniaki łączą model z rzeczywistą maszyną

Model aktualizowany danymi z czujników

Kolejnym etapem cyfryzacji są digital twins, czyli cyfrowe bliźniaki. W przeciwieństwie do zwykłego modelu 3D mogą być zasilane danymi pochodzącymi z pracującej maszyny lub całej instalacji. Informacje z czujników dotyczą m.in. temperatury, drgań, obciążenia czy zużycia energii.

Takie rozwiązanie pozwala analizować stan urządzenia i przewidywać jego zachowanie. W połączeniu z systemami predykcyjnego utrzymania ruchu może pomóc wykryć symptomy awarii przed wystąpieniem przestoju.

Technologia 3D zmienia magazyn części zamiennych

Zamiast części można przechowywać plik

Drukowanie na żądanie otwiera możliwość tworzenia cyfrowych magazynów. Zamiast przechowywać przez lata rzadko wykorzystywane części zamienne, przedsiębiorstwo może zachować ich dokumentację 3D i wyprodukować element wtedy, gdy będzie potrzebny.

Nie każdą część można jednak po prostu wydrukować. Element musi spełniać wymagania dotyczące materiału, tolerancji wymiarowych i wytrzymałości, a w niektórych branżach również przejść odpowiednią certyfikację.

Co dalej z technologiami 3D?

Rozwój technologii przestrzennych coraz silniej łączy drukarki, skanery, oprogramowanie CAD, symulacje oraz systemy wykorzystujące dane z maszyn. Automatyzacja projektowania pozwala generować konstrukcje zoptymalizowane pod względem masy i wytrzymałości, a druk 3D umożliwia ich bezpośrednie wykonanie.

Technologie 3D nie zastępują wszystkich klasycznych metod produkcji. Przy milionowych seriach wtrysk czy tłoczenie nadal mogą być szybsze i tańsze. Ich przewaga rośnie natomiast przy prototypach, krótkich seriach, personalizacji oraz częściach o skomplikowanej geometrii. To właśnie połączenie świata cyfrowego z fizyczną produkcją stanowi jeden z najważniejszych kierunków rozwoju współczesnego przemysłu.