Laboratorium Szybkiego Prototypowania na PK

Władze Politechniki Koszalińskiej znów pozytywnie zaskoczyły społeczność akademicką i mieszkańców Koszalina. 27.09.2011 w Campusie przy ul. Racławickiej 15-17 w budynku M (Modelarnia Instytutu Wzornictwa) o godzinie 12:00 odbędzie się uroczyste otwarcie Laboratorium Szybkiego Prototypowania. Uczelnia przekazuje na potrzeby gospodarki, do prowadzenia działalności projektowo-badawczej: skaner przestrzenny 3D Firmy GOM oraz system wydruku EDEN 260V - Objet Geometries. Projekt (pn. „Rozwój Bazy B+R Politechniki Koszalińskiej”) jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Te dwa urządzenia (koszt około miliona złotych) reprezentujące jedną z najnowocześniejszych na świecie technologii wydruków 3D pozwalają na niezwykle szybkie i precyzyjne odwzorowanie w trójwymiarze form odlewniczych i wtryskowych, prototypów elementów technicznych i wzorniczych.

Podczas otwarcia laboratorium prof. Jacek Ojrzanowski (na pierwszym planie) prezentował modele wykonane dzięki drukarkom 3D. (fot. Radosław Koleśnik)

Technologia skanera optycznego 3D firmy GOM umożliwia skanowanie (za pomocą mierzenia współrzędnych punktów), przedmiotów o gabarytach od kilku mm do kilku metrów. Skaner działa na zasadzie triangulacji. Kamery obserwują przebieg prążków oplatających mierzony detal po czym obliczają współrzędne każdego odwzorowanego punktu (piksela). Rozwiązanie takie zapewnia wysoką dokładność i powtarzalność, co znakomicie przyspiesza rozwój nowych produktów, gwarantując doskonałą jakość wykonania oraz kontrolę stosowanych materiałów. Technologię tą stosują na całym świecie producenci reprezentujący przemysł: samochodowego, lotniczego, dóbr konsumpcyjnych i innych gałęzi gospodarki.

Niezależnie od nostalgii, z jaką patrzymy na tradycyjne rękodzieło, jego znaczenie oparte jedynie o manualne umiejętności człowieka, kończy się bezpowrotnie. Wdrażanie nawet krótkich serii produktów przestało już być dziedziną wytwórczości, pozostającej na poziomie płynnej, a przy tym kosztochłonnej logiki rzemieślniczego warsztatu. Zaczęło podlegać rygorom seryjnej i powtarzalnej produkcji przemysłowej, opartej o standardy technologiczne i nowoczesne procedury. Zmianę tego stanu rzeczy wymusiło systematyczne upowszechnianie się cyfrowych, ekonomiczniejszych technologii wytwarzania prototypów i tym samym szybszej i łatwiejszej ścieżki wdrażania wzorów do seryjnej produkcji. Projektant nie znający ich specyfiki nie będzie równorzędnym partnerem w rozmowach z obecnymi i przyszłymi pracodawcami 
i zleceniodawcami.

Technologie „rapid prototyping” wciąż bywają mylnie interpretowane i klasyfikowane wyłącznie jako typowo inżynierski, operacyjny sposób materializacji projektu. Mogą być one również niezwykle efektywnym narzędziem w nauce metodyki samego projektowania, stwarzając designerowi niedostępne w żaden inny sposób możliwości eksperymentalnej, autorskiej kreacji.

Standardowym celem wykorzystywania technologii Rapid Prototyping jest potrzeba przygotowania pierwowzorów i prototypów o parametrach zbliżonych lub identycznych do rzeczywistych produktów, wytwarzanych na skalę przemysłową o określonej powtarzalności. Metodyka kształcenia projektanta produktu, który posiada zmysł przestrzenny i rozumie zasadę kształtowania poprawnej konstrukcyjnie bryły w oparciu o oś współrzędnych X/Y/Z – (według których pracują urządzenia sterowane cyfrowo) w kilku niezwykle istotnych aspektach różni się od umiejętności tylko wizualizacji projektów. Stosując pewne uogólnienie – umiejętność ta definiuje kompetencje designera (3D) w opozycji do grafika (2D). Nie sposób zatem wyobrazić sobie zapewnienie kompleksowej edukacji w zakresie wzornictwa bez znajomości współczesnych technologii prototypowania, zwłaszcza w uczelni o technicznym profilu, a taką przecież jest Politechnika Koszalińska. Warto przy tym podkreślić, że niezależnie od decyzji dotyczącej optymalnego wyboru szczegółowego rozwiązania, technologie „rapid prototyping” staną się niezbędne nie tylko w odniesieniu do procesu kształcenia studentów Instytutu Wzornictwa, ale również w programach dydaktycznych innych wydziałów o profilu jednoznacznie technicznym – np. edukacji 
w zakresie: mechaniki, kinetyki, budownictwa, ergonomii lub wytrzymałości konstrukcji, statyki i dynamiki kształtu, zasad przygotowania form negatywowych, wtryskowych, odlewniczych, funkcjonalności połączeń złożonych elementów maszyn i urządzeń, makietowania architektonicznego i budowlanego oraz praktycznej weryfikacji dokumentacji projektowej i technologicznej we wszystkich wspomnianych wcześniej dziedzinach. Profesjonalne wykorzystanie technologii CAM może być także znakomitym narzędziem nie tylko w ramach działalności statutowej uczelni, ale także w aspekcie jej promocji na zewnątrz np. do prezentacji pierwowzorów i makiet podczas wystaw, sympozjów i specjalistycznych targów branżowych, wykorzystywania modeli funkcjonalnych na potrzeby zgłoszeń patentowych oraz – co być może jest najistotniejszym atutem na poziomie samej dydaktyki – w zakresie działalności laboratoryjnej, eksperymentalnej, badawczo-wdrożeniowej dla potrzeb kształcenia własnej kadry dydaktycznej i naukowej.

Technologia PolyJet została wprowadzona na rynek w 2001 roku. Polega na natryskiwaniu ciekłego fotopolimeru na podstawę budowania, przy jednoczesnym utwardzaniu światłem UV. Podstawę stanowi stalowa płyta o wymiarach zależnych od wielkości drukarki. Fotopolimer dostarczany jest w szczelnych kasetach. Materiał budujący natryskiwany jest za pomocą zespołu głowic na podstawę budowania, która obniża się w procesie wykonywania prototypów. W każdej głowicy znajduje się 96 dysz, przez które nastrzeliwane są za pomocą piezokryształów krople fotopolimeru o średnicy - w zależności od rodzaju systemu – 16 bądź 30 mikrometrów.


Wraz z materiałem budującym, podawany jest – w ten sam sposób - materiał pomocniczy, stanowiący strukturę podporową dla budowanego prototypu. Połowa głowic odpowiada za nakładanie materiału budującego, a druga połowa – wspierającego. Po zakończeniu budowania prototypu, żel podporowy wypłukiwany jest wodą pod ciśnieniem przy użyciu myjki. Natryskiwana warstwa ma grubość – parametry te przekładają się na dokładność wymiarową modelu, która wynosi 0,1-0,3 mm. Biurowa drukarka 3D wykorzystująca wszystkie oferowane przez Objet Geonetries materiały budujące umożliwia tworzenie modeli fizycznych bezpośrednio z danych cyfrowych, zarówno w materiałach sztywnych, jak i elastycznych. Dzięki warstwie o grubości 16 mikronów możliwe jest uzyskanie w bardzo krótkim czasie precyzyjnych, czystych, o gładkich powierzchniach i dokładnych detalach fizycznych modeli trójwymiarowych.

Eden260V współpracuje ze wszystkimi materiałami budującymi: sztywnymi FullCure720, Vero i DurusWhite oraz z elastycznymi Tango. Urządzenie stosuje się do: budowy modeli poglądowych i funkcjonalnych, testowania przepływów kształtu, funkcjonalności, pasowania elementów, tworzenie form do niskociśnieniowych wtrysków, produkcjji biżuterii metodą wypalanej żywicy oraz do termoformowania próżniowego. Stanowisko szybkiego prototypowania jest niezwykle przydatne w procesie projektowania wszelkiego rodzaju wyrobów technicznych i wzorniczych ponieważ poza umiejętnością bardzo precyzyjnego odwzorowania obiektu w trójwymiarze w zdecydowany sposób skraca proces jego powstawania. Właściwość ta stanowi niezwykle istotny czynnik decydujący 
o skutecznym funkcjonowaniu firmy, warunkach ostrej konkurencji panujących na europejskim rynku pracy. Wykonanie metodami tradycyjnymi średnio skomplikowanego modelu trwa np. od 1 do 2 miesięcy natomiast przy zastosowaniu technologii Rapid Prototyping sprowadza się do kilku godzin w zależności od wielkości i złożoności obiektu.