Uchwyty, osprzęt oraz inne narzędzia z drukarki 3D

Wykorzystanie dopasowanego oraz dobrej jakości sprzętu na liniach produkcyjnych i montażowych to podstawa jakości oraz efektywności pracy, niezależnie od tego, czy większość działań jest zautomatyzowana czy też wykonywana przez człowieka. Wszelkiego rodzaju narzędzia oraz inne elementy, na pozór nieistotne, mają znaczny wpływ na szybkość oraz prostotę wykonywanych czynności, a co za tym idzie, przekładają się na poziom kosztów produkcji czy też montażu wyrobów.

W wielu przypadkach konieczne jest stworzenie narzędzia zindywidualizowanego dla konkretnego produktu lub pracownika. W takiej sytuacji najczęściej jest to zlecane albo producentowi maszyny/linii produkcyjnej, albo wykonywane tradycyjnymi metodami. W obu przypadkach należy liczyć się z koniecznością zaprojektowania narzędzia, zlecenia go na zewnątrz firmy oraz oczekiwania na dostawę. W tym czasie produkcja wykonywana jest przy użyciu dotychczasowych, nie zawsze efektywnych metod.

A gdyby tak mieć w firmie urządzenie, które w ciągu kilku godzin potrafi stworzyć trwałe narzędzie ułatwiające pracę. Na pewno byłoby to duże ułatwienie dla działu produkcji oraz utrzymania ruchu. Cały proces opierałby się wtedy na trzech krokach - zaprojektowaniu narzędzia pod konkretne zastosowanie, wyprodukowanie go oraz wdrożenie do użytku. Do takich właśnie celów służą systemy produkcyjne serii Fortus firmy Stratasys GmbH.

Drukarka 3D jako narzędzie utrzymania ruchu

Produkcja osprzętu produkcyjnego w wielu przypadkach jest w miarę seryjna i obejmuje standardowe elementy. W takich sytuacjach szybki zakup niezbędnej części nie jest problemem. Inaczej jest, jeśli potrzebujemy wyspecjalizowanego narzędzia, przydatnego do jednej, konkretnej czynności. Wytworzenie narzędzia jest wtedy kosztochłonne oraz czasochłonne, głównie ze względu na jego jednostkowość. Rozwiązaniem tutaj jest wydrukowanie takiego narzędzia. Skorzystanie z wytrzymałych materiałów typu ABS, poliwęglan czy termoplasty odporne na wysokie temperatury pozwolą na dopasowanie technologii oraz materiału do konkretnego narzędzia. Dodatkowym plusem stosowania technologii addytywnych jest ich duża intuicyjność oraz prostota obsługi - wystarczy podstawowa znajomość zasad mechaniki i umiejętność obsługi komputera, aby samodzielnie wyprodukować potrzebne narzędzie w czasie kilku godzin, nie dni.

Systemy wytwarzania przyrostowego mogą być wykorzystywane podczas produkcji różnego rodzaju osprzętu – od pokryw na elementy maszyn, będące elementem ochronnym np. dla pasków czy łańcuchów, poprzez różnego rodzaju chwytaki, ramy i obudowy aż do elementów mocujących oraz służących do kontroli jakości.

Właśnie do kontroli jakości systemy Fortus z technologii FDM wykorzystała firma Thogus Products ze Stanów Zjednoczonych - wtryskownia specjalizująca się w produkcji krótkoseryjnej. Natalie Williams, Quality Manager, tak określiła korzyści wynikające z drukowania narzędzi:
- To dla mnie duże ułatwienie, jeśli mogę sama zaprojektować narzędzie i je wytworzyć; to lepsze rozwiązanie niż zlecanie zewnętrznej firmie. Czas wykonania jednego z naszych narzędzi pomiarowych na zewnątrz to 7 do 10 dni, na posiadanym systemie wydrukowałam je w ciągu jednej nocy.

Producenci używający technologii i systemów FDM do produkcji narzędzi oraz osprzętu pomocniczego często odnotowują skrócenie czasu wytworzenia narzędzia o średnio 40 do 90 proc. Dodatkowo, tworzenie narzędzi na własnych maszynach oraz bez zlecania zewnętrznej firmie wpływa na zmniejszenie kosztów produkcji oraz utrzymania ruchu średnio o 70 proc. W przypadku CMM dla firmy Thogus, oszczędności wyniosły 87 proc.

- Zewnętrzna firma wyceniła narzędzie na 1500 dol., na własnej drukarce wykonałam je za 200 dol. - mówi Natalie Williams.

Nowe podejście do drukowania 3D

Zanim wdroży się produkcję narzędzi na systemach przyrostowych, należy zastanowić się nad dostępnymi materiałami oraz ich właściwościami. Tradycyjnie większość osprzętu oraz narzędzi wykonywana jest z metalu. W niektórych zastosowaniach nie można z tego zrezygnować z różnych powodów, w innych - można zastanowić się nad korzyściami płynącymi z przestawienia się na technologie przyrostowe. Szeroka gama materiałów, m.in. odpornych na substancje chemiczne czy na wysokie temperatury (do 200 st. C), pozwoli na dobór odpowiedniego materiału.

Zastosowanie plastiku może przynieść także niespodziewane efekty. Przykładowo, wspomniana już firma Thogus wykorzystuje mocowanie ramienia robota wykonane w technologii FDM jako amortyzator. Za każdym razem kiedy ramię robota uderzy w jakąś przeszkodę, część z FDM absorbuje siłę uderzenia i chroni robota od uszkodzenia.

Inaczej systemy Fortus wykorzystuje firma BMW. Na linii mocowania znaczków BMW zauważono, że pracownik podnosi urządzenie wykonane z metalu do mocowania kilkadziesiąt razy dziennie, co po jakimś czasie wywołuje dyskomfort pracownika oraz szybkie zmęczenie mięśni. BMW wykorzystało lekkość tworzyw sztucznych i stworzyła specjalny uchwyt do znaczków, którego podnoszenie nie męczy pracownika oraz poprawia komfort jego pracy.

Czy warto korzystać z technologii przyrostowych w produkcji?

Istnieje wiele korzyści ze stosowania tzw. drukarek 3D, nie tylko w procesie projektowania wyrobu. Wykorzystanie systemów pracujących w technologiach przyrostowych posiada wiele zalet, do najważniejszych z nich należą:

• krótki czas wykonania narzędzia
• możliwość wykonania jednostkowych części bez konieczności zamawiania formy
• możliwość zindywidualizowania narzędzia pod konkretną aplikację czy czynność
• możliwość produkcji jednego skomplikowanego narzędzia zamiast wielu części składowych
• redukcja czasu przestojów
• w dłuższym okresie redukcja kosztów utrzymania ruchu
• mniejsze koszty wytworzenia narzędzia
• podniesienie komfortu pracy.

Technologie przyrostowe już dawno wyszły jedynie poza zastosowania typowo wizualizacyjne czy prototypowe. Coraz więcej firm korzysta z nich do wykonywania jednostkowej produkcji swoich wyrobów czy też elementów wykonywanych pod konkretne zamówienie. Do tej pory jednak tzw. DDM (Direct Digital Manufacturing) było wykorzystywane przez nieliczne firmy. Teraz każda firma, która zwraca uwagę na utrzymanie ruchu, może samodzielnie produkować osprzęt do prowadzonej działalności, korzystając z coraz popularniejszych drukarek 3D.

A jakie będzie kolejne nowe zastosowanie technologii FDM i nie tylko? Przyszłość pokaże.

Katarzyna Chojnowska
Kierownik Działu Szybkiego Prototypowania
BIBUS MENOS Sp. z o.o.
bibusmenos.pl
drukarki3d.pl