ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ 24 ΦΕΒ 2019

Transcript

1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗΣ ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ ΣΤΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ 24 ΦΕΒ 2019

2 Τι είναι η τρισδιάστατη εκτύπωση Η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μια μέθοδος προσθετικής κατασκευής στην οποία κατασκευάζονται αντικείμενα μέσω της διαδοχικής πρόσθεσης επάλληλων στρώσεων υλικού.

3 Σύντομο ιστορικό Ο Hideo Kodama του Δημοτικού Ινστιτούτου Βιομηχανικής Έρευνας της Nagoya (Ιαπωνία), δημοσίευσε την έρευνά του για ένα λειτουργικό σύστημα ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων χρησιμοποιώντας φωτοπολυμερή Ο Charles Hull επινοεί τη στερεολιθογραφία Στο Πανεπιστήμιο του Texas, o Carl Deckard αναπτύσσει και τελειοποιεί την μέθοδο SLS (Selective Laser Sintering) Επινοείται και πατεντάρεται από τον Scott Crump, μετέπειτα συνιδρυτή της Stratasys, η μέθοδος εκτύπωσης FDM (Fusion Deposition Modeling) H 3D Systems (η εταιρεία του Charles Hull), κατασκευάζει την πρώτη συσκευή εκτύπωσης SLA (StereoLithographic Apparatus) Το πρώτο τρισδιάστατα εκτυπωμένο ανθρώπινο όργανο μεταμοσχεύεται σε άνθρωπο Ο Dr. Adrian Bowyer ξεκινάει μια πρωτοβουλία ανοικτού λογισμικού, με στόχο την δημιουργία ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή, που θα μπορεί να «αναπαραχθεί» Παρουσιάζεται ο πρώτος εμπορικά διαθέσιμος εκτυπωτής SLS από την Objet (σήμερα Stratasys) Το αποτέλεσμα της προηγούμενης πρωτοβουλίας είναι ο DARWIN, ο πρώτος εκτυπωτής που μπορεί να τυπώσει ένα αντίγραφο του εαυτού του Δημιουργείται η Shapeways στην Ολλανδία, υπηρεσία κατασκευής και αποστολής τρισδιάστατων κομματιών κατά παραγγελία Δημιουργείται το πρώτο τρισδιάστατα εκτυπωμένο προσθετικό πόδι.

4 Τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης 6 διαφορετικές τεχνολογίες Κάθε τεχνολογία μπορεί να έχει πάνω από μία τεχνολογικές παραλλαγές Το 2015 δημιουργήθηκε το πρότυπο ISO/ASTM με σκοπό την τυποποίηση των μεθόδων προσθετικής κατασκευής Ανάλογα με τον τύπο εκτύπωσης, μπορεί να αλλάζει το υλικό εκτύπωσης, η μηχανική αντοχή, η διαστασιακή ακρίβεια, η ποιότητα της επιφάνειας κλπ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ Material Extrusion FDM (Fused Deposition Modeling) Vat Polymerization SLA (Stereolithography) DLP (Digital Light Processing) Powder Bed Fusion (Polymers) SLS (Selective Laser Sintering) Material Jetting MJ (Material Jetting) DOD (Drop on Demand) Binder Jetting Sand Binder Jetting Metal Binder Jetting Powder Bed Fusion (Metals) DMLS (Direct Metal Laser Sintering) SLM (Selective Laser Melting) EBM (Electron Beam Melting)

5 Τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης - FDM (Fused Deposition Modeling) Με διαφορά η πιο κοινή τεχνολογία Τυπώνει θερμοπλαστικά όπως πολυπροπυλένιο (PP), πολυαιθυλένιο (PE), πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC), νάιλον, ABS κ.α. Χαμηλό κόστος εκτυπωτή, από EUR Original Prusa i3 MK2S ($750) Ultimaker 2+ ($2.500) Raise Pro2 Plus ($5.000)

6 Τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης - SLA (Stereolithography) H πρώτη τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης Τυπώνει ισχυρά πολυμερή με πρώτη ύλη από υγρή φωτοπολυμεριζόμενη ρητίνη Η κεφαλή δεν κινείται σε σύστημα αξόνων X-Y-Z, αλλά υπάρχει καθρέφτης που κατευθύνει τη δέσμη laser Καλύτερη ποιότητα εκτύπωσης από τους FDM Το αντικείμενο χρειάζεται καθάρισμα μετά την εκτύπωση 2-3 φορές πιο ακριβό κόστος ανά kg εκτύπωσης από τους FDM Μεσαίο κόστος εκτυπωτή, από EUR Formlabs Form 2 ($3.300) Autodesk Ember ($7.500) 3D Systems ProX 950 ($ )

7 Τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης DMLS (Direct Metal Laser Sintering) Τυπώνει κράματα μετάλλου, με πρώτη ύλη σκόνη κραμάτων μετάλλου Το laser καίει τα σωματίδια της σκόνης, και αυτά συγκολλούνται μεταξύ τους (χωρίς όμως να λιώνουν) Και εδώ υπάρχει κεφαλή που κατευθύνει τη δέσμη laser με καθρέφτη Κατάλληλο για υλικά στα οποία με συμβατική μέθοδο θα είχαμε παραμένουσες εσωτερικές τάσεις και θα χρειάζονταν θερμική επεξεργασία Υψηλό κόστος εκτυπωτή, από EUR Renishaw RenAM 500M Concept Laser X Line 2000R

8 Μεθοδολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης 1. Δημιουργία ψηφιακού σχεδίου (CAD) ή λήψη ενός έτοιμου από διαδικτυακές βιβλιοθήκες όπως το Thingverse. 2. Εξαγωγή σε μορφή STL, η οποία διατηρεί μόνο τις επιφάνειες. 3. Εισαγωγή του αρχείου STL σε πρόγραμμα slicer, το οποίο υπολογίζει πόσες στρώσεις θα πρέπει να γίνουν και τι μορφή θα έχει η κάθε μια. 4. Το αποτέλεσμα του slicer χρησιμοποιείται για να δημιουργηθεί ο G-Code (κώδικας που μεταφράζεται σε συγκεκριμένες κινήσεις του 3d printer). 5. Στέλνουμε τον G-Code στον εκτυπωτή και ξεκινά η εκτύπωση. Σε όλους τους σύγχρονους τρισδιάστατους εκτυπωτές τα βήματα 3, 4 και 5 γίνονται στον μεγαλύτερο μέρος αυτόματα από το software του εκτυπωτή.

9 Εφαρμογές στη Βιομηχανία Σχεδιασμός & Πρωτοτυποποίηση Επιτάχυνση του κύκλου σχεδιασμού, παραγωγής και ελέγχου επιτρέποντας την άμεση αξιολόγηση της βιωσιμότητας ενός προϊόντος και την ενσωμάτωση αλλαγών σχεδιασμού όπου αυτές απαιτούνται. Δυνατότητα εύκολης τροποποίησης και άμεσης κατασκευής, χωρίς σπατάλη χύτευσης ή διάτρησης, που καθιστά την τρισδιάστατη εκτύπωση έναν οικονομικό τρόπο για τη ανάπτυξη του προϊόντος. Εξάλειψη περιορισμών των παραδοσιακών μεθόδων σχεδιασμού κατά την κατασκευή. Καθιστά δυνατή τη δημιουργία αντικειμένων που προηγουμένως θεωρούνταν πάρα πολύ περίπλοκα και επιταχύνει πολύ τον τελικό σχεδιασμό του προϊόντος. Κατασκευή εργαλείων και βοηθημάτων Καλούπια ελέγχου Οδηγοί Μοτίβα Κατασκευή κομματιών περιορισμένης παραγωγής Εξαρτήματα ιδιαίτερης γεωμετρίας που δεν κατασκευάζονται εύκολα με τις παραδοσιακές μεθόδους. Κατασκευή σε μέρη όπου θα ήταν ασύμφορη η δημιουργία συμβατικής γραμμής παραγωγής. Κατασκευή σε μέρη όπου είναι ασύμφορη η αποστολή εξαρτημάτων.

10 Εφαρμογές στη Βιομηχανία - Aerospace Aerospace Τα πεδία εφαρμογής της τρισδιάστατης εκτύπωσης στην αεροδιαστημική είναι πολλά, από εξαρτήματα των στροβιλοκινητήρων έως εξαρτήματα της καμπίνας επιβατών. Η μείωση του κόστους που προκύπτει είναι σημαντική, καθώς εκατοντάδες διαφορετικά μεταλλικά εξαρτήματα μπορούν να κατασκευαστούν άμεσα, χωρίς να χρειάζεται να δημιουργηθούν συμβατικές διαδικασίες κατασκευής για το κάθε ένα. Επίσης μπορούν να κατασκευαστούν μεταλλικά εξαρτήματα πιο ελαφριά, με τις ίδιες δομικές αντοχές, που δεν θα ήταν δυνατό με τη συμβατική κατασκευή. Ή εναλλακτικά, θερμοπλαστικά υψηλής ποιότητας, με μεγάλη αντοχή, μικρό βάρος, καλά χαρακτηριστικά ηλεκτρικής απομόνωσης και αντοχή στις θερμοκρασίες.

11 Εφαρμογές στη Βιομηχανία - Aerospace Aerospace Τυπικές εφαρμογές και υλικά που χρησιμοποιούνται στην αεροδιαστημική

12 Εφαρμογές στη Βιομηχανία - Aerospace Aerospace Εξαρτήματα τιτανίου που κατασκευάστηκαν με τη συμβατική μέθοδο CNC δίπλα σε εξαρτήματα με ίδια λειτουργία που δημιουργήθηκαν από 3d printer

13 Εφαρμογές στη Βιομηχανία - Aerospace Aerospace Η ηγέτιδα στο χώρο του aerospace Lockheed Martin διαπίστωσε μείωση κόστους και χρόνου άνω του 40% για τις κατασκευές δορυφόρων χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη εκτύπωση εξαρτημάτων τιτανίου

14 Εφαρμογές στη Βιομηχανία - Aerospace Aerospace Τρισδιάστατος εκτυπωτής εγκατεστημένος στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Εργαλεία τα οποία θα έκαναν πολύ καιρό να φτάσουν πλέον μπορούν απλά να τυπωθούν

15 Εφαρμογές στη Βιομηχανία - Medical Medical Η Ιατροφαρμακευτική είναι το πεδίο που ευνοήθηκε περισσότερο από τις εξελίξεις στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Πλήρως εξατομικευμένα και χαμηλού κόστους τεχνητά μέλη Πλήρως εξατομικευμένα εμφυτεύματα Δημιουργία μοντέλων οργάνου ή μέλους με αντιγραφή από αξονική/μαγνητική τομογραφία, για ευκολότερη διάγνωση και σχεδιασμό επεμβάσεων Εκτύπωση ιατρικού εξοπλισμού Δοκιμές με εκτύπωση οργάνων από κύτταρα

16 Εφαρμογές στη Βιομηχανία Άλλα Αυτοκινητοβιομηχανία Μικρές παραγωγές ειδικών εξαρτημάτων

17 Εφαρμογές στη Βιομηχανία Άλλα Χρυσοχοΐα - Χυτεύσεις

18 Η τρισδιάστατη εκτύπωση και οι επιχειρήσεις Το 2018, από τις επιχειρήσεις που χρησιμοποιούν 3d printing παγκοσμίως: Το 39% το χρησιμοποιεί για να επιταχύνει την ανάπτυξη του προϊόντος Το 55% το χρησιμοποιεί για πρωτοτυποποίηση Το 43% το χρησιμοποιεί για παραγωγή Το 41% το χρησιμοποιεί για δημιουργία Proof of Concept μοντέλων Το 36% χρησιμοποιεί πλέον εκτυπωτές με μεταλλικές πρώτες ύλες Το 93% δηλώνει ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση τους δίνει πλεονεκτήματα έναντι του ανταγωνισμού τόσο στη μείωση του χρόνου ανάπτυξης όσο και στην κατασκευή μικρών ποσοτήτων Το 70% δηλώνει ότι αύξησε την επένδυσή του στην τεχνολογία Το 37% από τις εταιρείες που απάντησαν στον τομέα του Aerospace & Defense, δήλωσαν ότι επένδυσαν πάνω από $ στην τρισδιάστατη εκτύπωση μέσα στο 2017 Πηγή: Sculpteo, State of 3D Printing, 2018

19 Ευχαριστώ