Τρισδιάστατη εκτύπωση
Ο τομέας της Προσθετικής Κατασκευής (Additive Manufacturing) αποτελεί μια μετασχηματιστική προσέγγιση στη βιομηχανική παραγωγή που επιτρέπει την ταχύτερη δημιουργία ελαφρύτερων, ισχυρότερων και ποιοτικότερων ανταλλακτικών, προϊόντων και συστημάτων κυρίως με την τεχνολογία που είναι γνωστή με τον όρο τρισδιάστατη εκτύπωση (3D Printing).
Η πρόσφατη ειδική αναφορά του Συνδέσμου Επιχειρήσεων και Βιομηχανιών (ΣΕΒ), που αφορά την 4η βιομηχανική επανάσταση και την ανάγκη της χώρας να επενδύσει σε αυτό τον τομέα, καθιστά την 3D εκτύπωση ως μια από τις τεχνολογίες που θα πρέπει να λάβουν ιδιαίτερη προσοχή και βαρύτητα. Επίσης, από την ειδική αναφορά της Ευρωπαϊκής Επιτροπής για την αύξηση της ανταγωνιστικότητας των ΜΜΕ στη συγκεκριμένη τεχνολογία φαίνεται η σημασία που δίδεται σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Από την ίδια αναφορά προκύπτει ότι στην ΝΑ Ευρώπη η διείσδυση της συγκεκριμένης τεχνολογίας είναι είτε μικρή είτε ανύπαρκτη.
O όρος Προσθετική Κατασκευή (ΠΚ) έχει καθοριστεί από τον Οργανισμό American Society for Testing and Materials (ASTM) ως η διεργασία συνένωσης υλικών για την κατασκευή αντικειμένων με βάση 3D ψηφιακά μοντέλα, συνήθως με αλλεπάλληλες εναποθέσεις στρωμάτων, σε αντίθεση με τις κλασσικές διεργασίες κατασκευής μέσω αφαιρετικής διαμόρφωσης. Η τεχνολογία της Προσθετικής Κατασκευής είναι αρκετά διαφορετική σε σχέση με αυτές του κλασσικού κατασκευαστικού τομέα όπως είναι η μηχανική κατεργασία, η χύτευση και η μορφοποίηση. Πρακτικά, η ΠΚ αποτελείται από μια σειρά υπολογιστικά αυτοματοποιημένων διεργασιών που κατασκευάζουν τρισδιάστατα αντικείμενα μέσω προσθήκης διαδοχικών επιπέδων (layer by layer) από υπολογιστικά σχεδιαστικά μοντέλα (ψηφιακής μορφής) χρησιμοποιώντας ως πρώτη ύλη μέταλλα, πολυμερή, κεραμικά, σύνθετα ή και βιολογικά υλικά.
Τα κύρια πλεονεκτήματα της ΠΚ σε σχέση με τις κλασσικές τεχνολογίες επικεντρώνονται στα ακόλουθα:
- Κατασκευή εξαρτημάτων κατά παραγγελία,
- Δεν απαιτούνται εξειδικευμένα εργαλεία,
- Μείωση της σπατάλης πρώτης ύλης,
- Μείωση του χρόνου και του κόστους παραγωγής για εξειδικευμένα αντικείμενα σχετικά μικρής παραγωγής,
- Δημιουργία εξαρτημάτων με σύνθετη γεωμετρία,
- Ευελιξία στο σχεδιασμό και άμεση παραγωγή με απλές υπολογιστικές τεχνικές.
Τι μπορεί να προσφέρει η τρισδιάστατη εκτύπωση στον κόσμο
Η τρισδιάστατη εκτύπωση, έφερε στον κόσμο την τεχνολογική επανάσταση και κατάφερε να τον αναμορφώσει. Η μέθοδος της τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει επηρεάσει τον κόσμο της παραγωγής σε μεγάλο βαθμό, με επιπτώσεις :
- Στη χρήση ενέργειας,
- Στη μείωση αποβλήτων,
- Στην προσαρμογή και διαθεσιμότητα προϊόντων,
- Στην ιατρική,
- Στη τέχνη,
- Στην κατασκευή,
- Στην επιστήμη.
Οι τέσσερις λόγοι που μας έκαναν να στρέψουμε το ενδιαφέρον μας στην τρισδιάστατη εκτύπωση.
Υπάρχουν τουλάχιστον τέσσερις λόγοι, οι οποίοι μας έκαναν να στρέψουμε το ενδιαφέρον μας στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Οι λόγοι αυτοί είναι οι εξής:
- Η ανάπτυξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης, έχει επηρεάσει ένα ευρύ φάσμα παραγωγικών διαδικασιών και έχει ανοίξει δρόμους βελτιστοποίησης και αύξησης της παραγωγικότητας, με συνέπεια την οικονομική ανάπτυξη. Η τρισδιάστατη εκτύπωση αποτελεί τη «νέα Βιομηχανική Επανάσταση».
- Η τρισδιάστατη εκτύπωση επιτρέπει την αποτελεσματική χρήση των υλικών. Μέσω της προσθετικής κατασκευαστικής (additive manufacturing), κατασκευάζονται αντικείμενα, με τη διαχρονική πρόσθεση επάλληλων στρώσεων υλικού (layers). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να ελαχιστοποιούνται οι ποσότητες πλεονάζοντος υλικού μετά την παραγωγή.
- Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές λειτουργούν με ελαφρύτερα υλικά σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής και αυξάνει την αποτελεσματικότητα τους. Για παράδειγμα, αρκεί να σκεφτούμε την τρισδιάστατη εκτύπωση ενός εξαρτήματος για αεροσκάφος, το οποίο μπορεί να είναι και 65% πιο ελαφρύ από τα συμβατικά και να μην υπολείπεται σε τίποτα από αυτά. Αυτό συμβάλει σε ένα χαμηλότερο βάρος του αεροσκάφους, που αυτό μειώνει την κατανάλωση του καυσίμου και τις εκπομπές του άνθρακα.
- Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος σε διάφορους τομείς που βρίσκονται ακόμα στα πρώτα στάδια ανάπτυξης.
Παγκόσμια αγορά προσθετικής κατασκευής (additive manufacturing)
Η τρισδιάστατη εκτύπωση αποτελεί μέθοδο προσθετικής κατασκευής (additive manufacturing). Στην παγκόσμια αγορά της προσθετικής κατασκευής καμία χώρα της ΝΑ Ευρώπης δεν βρίσκεται μέσα στις 20 πρωτοπόρες αγορές όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω διάγραμμα .
Εφαρμογές της Τρισδιάστατης Εκτύπωσης (3D Printing)
Οι χρήσεις που μπορεί να έχουν οι τρισδιάστατες εκτυπώσεις είναι:
- Ανάπτυξη προϊόντων,
- Βιομηχανικά βοηθήματα,
- Εξαρτήματα τελικής χρήσης,
- Αρχιτεκτονική,
- Ιατρική.
Οι πέντε βασικές εφαρμογές της 3D εκτύπωσης :
Οι εφαρμογές της 3D εκτύπωσης, έχουν ως αποτέλεσμα την βελτίωση της παραγωγικότητας και τη μείωση του χρόνου ανάκαμψης.
Ανάπτυξη προϊόντων
Με την μέθοδο της προσθετικής κατασκευής, δίνεται η δυνατότητα να δημιουργηθούν νέα προϊόντα οικονομικά και σε μικρό χρόνο. Επίσης, μπορεί να δοκιμαστούν επαναλήψεις, διορθώσεις/προσαρμογές σχεδίων χωρίς επιπλέον κόστος. Για να δημιουργηθεί ένα προϊόν χρειάζονται μόνο λίγες ώρες.
Οφέλη μεθόδου:
- Δυνατότητα 3D εκτύπωσης: σειρά διαφορετικών ιδεών και επιλογή της καλύτερης ιδέας, κατά τα πρώτα στάδια σχεδιασμού.
- Έλεγχος διαστάσεων: η 3D εκτύπωση ενός βασικού/πρότυπου μοντέλου καθιστά εύκολη τη διαμόρφωση του μεγέθους και των συνολικών αναλογιών.
- Έλεγχος λειτουργικότητας: με 3D εκτύπωση, το πρότυπο μοντέλο, μπορεί να ελεγχθεί σε πραγματικές συνθήκες.
- Έλεγχος εμφάνισης: η οπτική εμφάνιση μπορεί να εκτιμηθεί εύκολα από τους ενδιαφερόμενους, σχεδιαστές κτλ, από το πρότυπο μοντέλο.
Βιομηχανικά Είδη
Η τρισδιάστατη εκτύπωση δίνει την δυνατότητα παραγωγής εξαρτημάτων και άλλων εργαλείων σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα ταχύτερες ρυθμίσεις μηχανών και ομαλότερη διαδικασία παραγωγής.
Οφέλη μεθόδου:
- Καλύτερη διασφάλιση ποιότητας: ελέγχεται με ακρίβεια η ποιότητα των κατασκευαστικών εξαρτημάτων, με ακριβείς μετρήσεις.
- Εργαλεία κατά «παραγγελία»: μέσω της 3D εκτύπωσης, έχουμε εργαλεία με συγκεκριμένες προδιαγραφές και άμεσα.
- Προσαρμοσμένα καλούπια και σχέδια: με την 3D εκτύπωση μπορούν να δημιουργηθούν καλούπια έγχυσης χαμηλής λειτουργίας.
Εξαρτήματα τελικής χρήσης
Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή εξαρτημάτων τελικής χρήσης μικρού όγκου. Είναι μια δυνατότητα της τρισδιάστατης εκτύπωσης που προσφέρει μεγάλη ευελιξία και παραγωγή μικρών παρτίδων. Το βασικό πλεονέκτημα, είναι η άμεση δημιουργία του προϊόντος, γιατί δίνεται το περιθώριο για «επιτόπου εκτύπωση» και δημιουργία του προϊόντος όσο ο πελάτης περιμένει.
Οφέλη μεθόδου:
- Δημιουργία οικονομικών αποδοτικών τυποποιημένων εξαρτημάτων.
- Δημιουργία ανταλλακτικών εξαρτημάτων.
- Παραγωγή μικρών παρτίδων, αποφεύγοντας τους κινδύνους που συνδέονται με την κατασκευή σε μεγαλύτερες ποσότητες.
Αρχιτεκτονική
Η τρισδιάστατη εκτύπωση σημαίνει ότι μπορούν να αξιολογηθούν τα πρόωρα σχέδια, να μεταδοθούν περίπλοκες ιδέες και να αποδοθούν αρχιτεκτονικές έννοιες. Ο χρόνος κατασκευής των μοντέλων μειώνεται αποτελεσματικά, ακόμα και σε περίπλοκες γεωμετρίες.
Οφέλη μεθόδου:
- Εύκολη παραγωγή μοντέλων, τα οποία μπορούν να εκτυπωθούν γρήγορα και να καθορίσουν την κατασκευή του έργου στα αρχικά στάδια.
- Μαζικές μελέτες σε στάδια, ξεκινώντας από το πλαίσιο του κτιρίου και στην συνέχεια να προστεθούν στο μοντέλο, αρθρωτά τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη.
- Τρισδιάστατα εκτυπωμένα σχέδια σε κλίμακα έχουν ως αποτέλεσμα εντυπωσιακές παρουσιάσεις.
Δυνατότητα δημιουργίας ενός γενικού σχεδίου, με ακριβείς λεπτομέρειες.
Ιατρική
Η τρισδιάστατη εκτύπωση στην ιατρική, δίνει την δυνατότητα στους ειδικούς να προσδιορίζουν τις ακριβείς ανάγκες πριν την εκτέλεση της χειρουργικής διαδικασίας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, μικρότερο χρόνο στο χειρουργείο, επομένως λιγότερο χρόνο κάτω από την αναισθησία και μειωμένο κόστος που σχετίζεται με την λειτουργία.
Οφέλη μεθόδου:
- Βελτιωμένος χειρουργικός σχεδιασμός, αφού οι χειρούργοι πριν την επέμβαση μπορούν να προετοιμαστούν καλύτερα.
- Καλύτερη επικοινωνία με τον ασθενή και κατανόηση της κατάστασης του. Με το τρισδιάστατο μοντέλο μπορούν να δοθούν καλύτερες επεξηγήσεις, ο ασθενής βλέπει και αγγίζει.
- Ιατρικά όργανα, μπορούν να εκτυπωθούν εύκολα και γρήγορα.
- Αποτελεσματική κλινική εκπαίδευση, τα μοντέλα 3D εκτύπωσης βοηθούν τους μελλοντικούς ιατρούς να κατανοήσουν καλύτερα την ανατομία αλλά και την διαδικασία των χειρουργικών διαδικασιών.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει κερδίσει έδαφος στο κλάδο της ιατρικής/φαρμακευτικής, βασιζόμενα στα δύο (2) βασικά πλεονεκτήματά της:
- στην ευχέρεια κατασκευής λεπτομερών δομών,
- δυνατότητα παραγωγής τους κατά παραγγελία (on demand).
Το σημαντικότερο της μεθόδου, είναι ότι υπάρχει ευελιξία στην επιλογή της ποσότητας δραστικής ουσίας που εμπεριέχεται σε ένα φάρμακο, ακόμα και αν αυτή είναι απειροελάχιστη, ώστε να ταιριάζει με τις ανάγκες του εκάστοτε ασθενή. Ο βασικός μηχανισμός με τον οποίο γίνεται εφικτό αυτό, είναι μέσω φόρτωσης της δραστικής ουσίας στο υλικό προς εκτύπωση.
