Drukowanie 3D jest obecnie jednym z najgorętszych tematów w branży produkcyjnej, jeśli nie najgorętszym, i to nie bez powodu. Druk 3D otworzył bowiem zupełnie nowe sposoby myślenia o rozwiązaniach pojawiających się problemów i robi to, generując stosunkowo mniej odpadów niż inne metody produkcji, takie jak np. użycie obrabiarek. Ale czy druk 3D może stać się naprawdę zrównoważony? W tym artykule omówimy niektóre zalety i wady druku 3D oraz to, w jaki sposób mogą one wpłynąć na potencjał zrównoważonych rozwiązań w zakresie druku 3D.
Produkcja addytywna (drukowanie 3D) a obróbka skrawaniem (produkcja subtraktywna)
Produkcja addytywna i subtraktywna to terminy powszechnie używane w branży, ale co one oznaczają? Mówiąc najprościej, produkcja addytywna (druk 3D) polega na dodawaniu materiałów warstwa po warstwie w celu utworzenia części. Z kolei produkcja subtraktywna (obróbka skrawaniem) rozpoczyna się od kawałka materiału i odcina nadmiar, aby utworzyć część.
Produkcja addytywna jest idealna do prototypowania lub produkcji na małą skalę. Sprawdzi się również przy tworzeniu bardzo złożonych części lub części o pustej strukturze. Tworzenie części za pomocą produkcji addytywnej jest również znacznie prostsze, ponieważ potrzeba mniej narzędzi.
Produkcja subtraktywna jest lepsza w przypadku dużych partii części. Generalnie jednak ogranicza się do mniej złożonych części niż te, które można stworzyć za pomocą druku 3D. Części obrabiane maszynowo zazwyczaj lepiej sprawdzają się w zastosowaniach wymagających dużych obciążeń i wąskich tolerancji.
Recykling materiałów
Jeśli chodzi o recykling, produkcja addytywna ma wyraźną przewagę. Modelowanie osadzania topionego materiału (FDM) jest najpopularniejszym rodzajem druku 3D i obecnie oferuje największy potencjał recyklingu. Drukarki FDM mogą wykorzystywać jednorazowe tworzywa sztuczne – na przykład butelki po wodzie – i przetwarzać je na surowce nadające się do drukowania. Inne biodegradowalne materiały, takie jak fusy z kawy, a nawet drewno, znalazły pewne zastosowanie jako materiały do druku 3D w połączeniu z bazą kwasu polimlekowego (PLA), ale z dużo mniejszą częstotliwością.
Choć nie jest to do końca recykling, drukowanie 3D pełni inną kluczową funkcję w celu zmniejszenia ilości odpadów. Umożliwia bowiem ponowne wykorzystanie maszyn i pojazdów, które w przeciwnym razie musiałyby zostać zezłomowane. Stare części, których już nikt nie produkuje, możemy łatwo wydrukować w 3D przy minimalnym czasie realizacji. Nowa część może nawet przewyższać oryginał. Taka sytuacja zdarzyła się w przypadku wymiany łożyska steru żaglówki. igus® wydrukował ją dla klienta, który nie mógł już uzyskać części od oryginalnego producenta. Nowa część była tańsza i oferowała lepszą funkcję sterowania niż oryginał.
Drukowanie 3D a odpady materiałowe
Jednym z największych problemów związanych z obiema metodami, jest ilość generowanych odpadów, których nie można poddać recyklingowi. W druku 3D, procesy takie jak selektywne spiekanie laserowe (SLS) i stereolitografia (SLA) pozostawiają odpady w ilości do 50% pierwotnego materiału. Mimo to odpady generowane przez drukowanie 3D są średnio o 70-90% mniejsze niż odpady generowane przez obróbkę skrawaniem.
Innym źródłem odpadów w przypadku produkcji addytywnej jest stosowanie podpór w procesie drukowania. Podpory te są niezbędne, ponieważ bez nich część uległaby awarii jeszcze przed zakończeniem drukowania. Są jednak jednym z największych źródeł odpadów, gdyż nie nadają się do ponownego użycia i są wyrzucane po zakończeniu drukowania. Prowadzone są badania nad potencjalnymi rozwiązaniami w zakresie podpór wielokrotnego użytku, które mogłyby zmniejszyć zużycie materiałów o około 35%.
Który proces jest bardziej elastyczny – obróbka skrawaniem czy drukowanie 3D?
Najmniej widoczną przewagą produkcji addytywnej nad obróbką skrawaniem jest oferowana przez nią elastyczność. Na przykład, większość drukarek 3D (z wyjątkiem niektórych typów, takich jak drukarki SLS) jest znacznie mniejsza niż maszyny CNC. Dzięki temu czemu łatwiej je wdrożyć w przestrzeniach biurowych i domowych. Ta dodatkowa elastyczność przyczynia się do mniejszego zapotrzebowania na duże dostawy materiałów, często stosowane w produkcji obróbką skrawaniem, zmniejszając generowane emisje CO2.
Emisje generowane bezpośrednio przez metody obróbki skrawaniem są również powodem do niepokoju. Jako większe maszyny, naturalnie generują one więcej emisji, nie wspominając o tym, że są znacznie głośniejsze niż drukarki 3D. Sprawia to, że tworzenie zakładów produkcji subtraktywnej w gęsto zaludnionych obszarach, gdzie byłyby one najbardziej przydatne, jest znacznie trudniejsze. Jest również bardziej szkodliwe niż w przypadku zakładów produkcji addytywnej.
W jaki więc sposób druk 3D zmniejsza ilość odpadów?
Ostatecznie nie ma jednej właściwej odpowiedzi, jeśli chodzi o zrównoważony rozwój w produkcji. Zarówno produkcja addytywna, jak i obróbka skrawaniem mają swój własny zestaw zalet i wad. Druk 3D jako całość generuje mniej odpadów i emisji niż produkcja subtraktywna. Z drugiej strony, obróbka skrawaniem jest nadal niezbędnym elementem produkcji, który prawdopodobnie nie zniknie w najbliższym czasie. Rozwiązanie hybrydowe, które wykorzystuje obie formy produkcji, jest idealne. Sprawdzi się przynajmniej do czasu, gdy w dziedzinie druku 3D poczynione zostaną dalsze postępy.
Masz pytania dotyczące druku 3D?
Skontaktuj się z naszym ekspertem, Michałem Sędrowskim (msedrowski@igus.net), który odpowie na Twoje pytania i rozwieje wszelkie wątpliwości dotyczące produkcji addytywnej.
