Drukowanie 3D – dlaczego tak drogo, długo i dlaczego się nie da?

Drukowanie 3D obecnie stało się bardzo popularne, a nawet modne, za sprawą łatwej dostępności tanich urządzeń drukujących w technologii FDM (Fused Deposition Modeling – nazwa stosowana w urządzeniach firmy Stratasys) oraz samego materiału do druku. Ta łatwa dostępność i szum medialny sprawiły, że klientom oraz mniej doświadczonym posiadaczom drukarek z jedną dyszą, wydaje się, że wszystko da się drukować z dowolnych dostarczonych materiałów i w dowolnych ilościach. Trafiają do nas klienci z przeróżnymi pytaniami, co gorsza trafiają też klienci, którzy dostali pokrzywiony wydruk lub z niekompletnie usuniętymi strukturami podporowymi. To skłoniło nas do napisania tego artykułu.

Czy wszystko da się wydrukować?

I tak i nie, są różne technologie druku dające bardzo duże możliwości, ale skupmy się na FDM. Pytanie raczej powinno brzmieć: czy jest sens wszystko drukować? Nie zapominajmy o innych metodach wytwarzania. Naprawdę drukarki nie zastąpiły jeszcze wszystkich innych maszyn. Jeśli projekt, to płyta płaska jak stół, ma kilka otworów, to może lepiej kupić kawał pleksi czy innej płyty i powiercić te otwory? Będzie bardziej trwałe i pewnie tańsze. No chyba, że dla kogoś jest prestiżem, że jego projekt zmaterializował się na drukarce 3D.

Skomplikowane kształty wydruku

Prototyp hamulca do systemu drzwi przesuwnych, projekt firmy SAZ, po lewej stronie model z widocznym materiałem podporowym, po prawej po rozpuszczeniu podpór.

W przypadku elementów o skomplikowanej geometrii, drukowanie 3D ma największy sens. Drukujemy obudowy do różnych urządzeń elektronicznych wentylatorów itp. Przeważnie w celu sprawdzenia projektu, zrobienia testów, przed wykonaniem kosztownej formy wtryskowej. Jednak skomplikowana geometria modelu bywa nie lada wyzwaniem dla posiadaczy drukarek z jedną dyszą, budujących struktury podporowe z tego samego materiału co model. Te podpory muszą zostać mechanicznie usunięte, odłamane, co może powodować uszkodzenie modelu, a dla samego „drukarza” jest dodatkową pracą. W niektórych przypadkach usunięcie podpór z zakamarków, może się okazać wręcz niemożliwe.

Na targach u wystawców można zobaczyć bardzo ładne wydruki wazoników itp. lub elementy przygotowane pod drukarkę (np. klucz francuski płaski z jednej strony) ale mało kto chwali się wydrukami modeli prototypów urządzeń. A chyba nie o to chodzi żeby projektować to, co się da wydrukować. Problem mechanicznego usuwania podpór rozwiązuje rozpuszczalny materiał podporowy, podawany przez drugą dyszę. Takie rozwiązanie jest stosowane w używanej przez nas drukarce 3D. Materiał zarówno modelowy jaki i podporowy jest zamknięty w szczelnych kartridżach z pochłaniaczami wilgoci, a dostarczany jest w hermetycznym opakowaniu. Jak wiadomo tworzywo ABS, chłonie wilgoć, przez co pogarszają się jego właściwości. O ile w przypadku wydruków gdzie zależy nam tylko na kształcie nie ma to większego znaczenia, o tyle w modelach gdzie są np. zatrzaski, jest to już istotne.

Prototyp obudowy drukarki fiskalnej.

1000 sztuk

Druk 3D, jak na razie nie zastąpi produkcji seryjnej metodą wtrysku. Kilkanaście, kilkadziesiąt wydruków może jeszcze się opłacić, ale koszt wydruku kilkuset elementów, nawet jak to będą proste detale, sięgnie kosztu wykonania formy wtryskowej. Wszystko ze względu na czas druku, który jest składnikiem ceny usługi. Wykonanie elementu na wtryskarce można trwać kilkanaście sekund, na drukarce, kilka godzin.

Makiety - nie wystarczy zmniejszyć projekt

Jeśli ktoś będzie chciał wydrukować makietę swojego projektu budynku czy maszyny, to często niestety nie wystarczy pomniejszenie, np. 50 razy. Po przeskalowaniu okaże się, że część elementów będzie miała zbyt cienkie ścianki lub w ogóle będzie zbyt mała żeby je wydrukować. Np. w maszynie jest osłona z blachy o grubości 1 mm, a maszynę chcemy mieć wydrukowaną w skali 1:20, czyli osłona miałaby mieć 0,05 mm na wydruku, jest to nieosiągalne. Dodatkowo wewnątrz takiego modelu są czasem puste przestrzenie, które zostaną wypełnione strukturami podporowymi. Taki projekt najczęściej trzeba zmodyfikować pod kątem wydruku lub wręcz zaprojektować od początku.

Ile to będzie kosztowało?

To oczywiście pierwsze pytanie jakie pada, a często informacje jakie dostajemy to: wymiary modelu. Do podania ceny usługi druku 3D, nie wystarczy podanie objętości modelu lub jego gabarytów. Na tej podstawie moglibyśmy określić co najwyżej koszt plastiku, który zostanie przetworzony na model. Na cenę usługi wpływa jeszcze zużycie materiału, z którego zostaną zbudowane struktury podporowe oraz czas druku, a to natomiast zależy od skomplikowania geometrii modelu jego orientacji w przestrzeni drukarki, grubości użytej warstwy itp. W skrócie: koszt wydruku 1 cm3 modelu A może się znacząco różnić od kosztu wydruku 1 cm3 modelu B, i z tego powodu nie można wierzyć internetowym kalkulatorom wyceniającym wydruki, które zapewne podają zawyżone koszty. Równie dobrze można zapytać kogoś: ile kosztuje podróż z Krakowa do Gdańska, 500 km w linii prostej? Odpowiedź zależy od tego jaki środek transportu wybierzemy.

Wydruk 3D zatrzymany w połowie procesu, w celu pokazania skomplikowanych struktur podporowych, trudnych do usunięcia ręcznie.

Model 3D to podstawa

Żeby w ogóle mówić o druku 3D, trzeba zacząć od stworzenia modelu 3D. Samo zdjęcie elementu, szkic czy nawet fizyczny model, np. uszkodzonej części nie wystarczy. Trzeba na ich podstawie narysować, czy zaprojektować wirtualny, trójwymiarowy model, używając dodatkowego oprogramowania, suwmiarki lub skanera 3D. Jeśli samemu nie da się tego zrobić, to można zlecić stworzenie modelu, ale zwiększy to koszt usługi. Tak samo, jeśli ktoś chciałby wydrukować książkę, to najpierw musi ją napisać.

Drukowanie 3D to usługa, a nie plastik

Niedawno podczas prezentacji pewnej firmy produkującej drukarki 3D, usłyszałem, że wydruk prototypu odkurzacza samochodowego kosztował 200 zł, prelegent pominął fakt, że jest to koszt materiału do drukarki. Po takich prezentacjach, osoby chcące wydrukować jakąś małą część, która się zepsuła, myślą że zapłacą kilka zł, skoro cały odkurzacz kosztował tylko 200. Często trafiają do nas zapytania o odtworzenie uszkodzonych elementów, bez plików 3D. Trzeba pamiętać, że usługa druku 3D, to nie tylko ten plastik, który trafia do klienta. To, też czasem kilka godzin pracy na stworzenie modelu 3D, wykorzystanie niejednokrotnie drogiego sprzętu i oprogramowania, wiedza i doświadczenie, zużyty prąd i inne koszty prowadzenia firmy. Dla tego koszt takiej usługi często przekracza cenę zakupu urządzenia, które klient chce ratować. Mimo tych tłumaczeń, klienci nie kryją oburzenia: jak to za taką małą część kilkaset zł? A czy korzystając z taksówki, ktoś się wykłóca, z kierowcą że nie zapłaci 30 zł tylko 5 zł, bo na tej trasie spalił nie więcej niż litr benzyny? Takie rekonstrukcje zużytych elementów, mają sens w przypadku odtwarzania unikatowych części lub przy sprawdzaniu projektów przed wdrożeniem do masowej produkcji.

Tym artykułem chcieliśmy, przybliżyć czym jest usługa druku 3D i jakie ma możliwości oraz ograniczenia. Druk 3D powstał ponad 25 lat temu z myślą o szybkim wytwarzaniu prototypów w przemyśle. Obecnie został spopularyzowany przez tanie drukarki, potrafiące wytworzyć modele o bardzo dobrej jakości, ale nie koniecznie o dużym stopniu skomplikowania, z którymi lepiej radzą sobie drukarki w cenie samochodu.

Marcin Wielkiewicz,
Specjalista rapid prototyping