Najlepszy projekt nie zastępuje metalu. Wykorzystuje go.

Przez lata wokół druku 3D narosło wiele mitów. Jednym z najczęściej powtarzanych jest przekonanie, że nowoczesne technologie mają zastąpić tradycyjne materiały i metody produkcji. W praktyce doświadczeni konstruktorzy myślą zupełnie inaczej.

Dobry projekt nie polega na udowadnianiu, że wszystko można wydrukować. Polega na świadomym wykorzystaniu właściwości różnych materiałów i technologii. Czasami najlepszym rozwiązaniem będzie element wykonany w całości metodą przyrostową. Innym razem znacznie lepszy efekt przyniesie połączenie druku 3D z metalem, standardowymi elementami złącznymi czy gotowymi komponentami mechanicznymi.

Każdy materiał ma swoje mocne strony

W inżynierii nie istnieją materiały uniwersalne. Każdy został stworzony z myślą o określonych zastosowaniach i każdy ma swoje ograniczenia.

Metale doskonale sprawdzają się tam, gdzie występują wysokie obciążenia, wielokrotne cykle pracy, intensywne tarcie lub konieczność zachowania wysokiej sztywności przez wiele lat eksploatacji. Dlatego wykorzystuje się je między innymi do wykonywania osi, sworzni, tulei, prowadnic czy powierzchni ślizgowych.

Tworzywa wykorzystywane w druku 3D oferują z kolei ogromną swobodę projektowania geometrii. Pozwalają szybko tworzyć złożone kształty, ograniczać liczbę części, redukować masę oraz znacznie skracać czas od projektu do gotowego prototypu.

Nie oznacza to jednak, że jeden materiał jest lepszy od drugiego. Oznacza jedynie, że każdy z nich najlepiej sprawdza się w innych warunkach.

Największym błędem jest wykorzystywanie materiału niezgodnie z jego przeznaczeniem

Wyobraźmy sobie prosty mechanizm z osią obrotową. Oczywiście można zaprojektować cały element jako jeden wydruk 3D. Będzie działał. Problem pojawi się dopiero po tysiącach cykli pracy, kiedy otwór zacznie się stopniowo wycierać, a luz zwiększy się na tyle, że wpłynie na precyzję działania mechanizmu.

W wielu takich przypadkach wystarczy zastosować metalowy sworzeń lub tuleję, pozostawiając całą pozostałą geometrię w technologii druku 3D. Dzięki temu tworzywo odpowiada za kształt, ergonomię i dopasowanie elementu, natomiast metal przejmuje obciążenia oraz miejsca narażone na zużycie.

To właśnie jest przykład świadomego projektowania. Nie polega ono na zastępowaniu jednego materiału drugim, lecz na wykorzystaniu ich najmocniejszych stron.

Druk 3D daje swobodę geometrii

Jedną z największych zalet technologii przyrostowych nie jest sam materiał, lecz możliwość tworzenia geometrii, która byłaby trudna, kosztowna lub wręcz niemożliwa do wykonania klasycznymi metodami produkcji.

• Element może zostać dopasowany dokładnie do istniejącego mechanizmu.
• Można zintegrować kilka części w jedną konstrukcję.
• Łatwo zoptymalizować masę bez pogarszania funkcjonalności.
• Kolejne wersje projektu można przygotować i zweryfikować w ciągu jednego dnia.

To właśnie tutaj druk 3D ma największą przewagę. Nie dlatego, że zastępuje metal, ale dlatego, że pozwala projektować rozwiązania, których wcześniej wykonanie było nieopłacalne lub bardzo czasochłonne.

Najlepsze produkty są projektami hybrydowymi

Współczesna inżynieria coraz częściej łączy różne technologie produkcji. Jedna część może być drukowana, druga frezowana, trzecia wykonana z blachy, a czwarta pochodzić z gotowego katalogu producenta.

Takie podejście pozwala osiągnąć znacznie lepszy efekt niż próba wykonania całego produktu jedną metodą. Każdy element konstrukcji realizuje zadanie, do którego został najlepiej przystosowany.

Co ważne, dotyczy to również materiałów stosowanych w druku 3D. Standardowe tworzywa, takie jak PLA, PETG czy ABS, mają inne właściwości niż polimery inżynierskie, takie jak PA, PEEK czy kompozyty wzmacniane włóknem. Dobór materiału zawsze powinien wynikać z funkcji elementu, a nie z przyzwyczajenia projektanta.

Projektowanie to sztuka podejmowania właściwych decyzji

Największą wartością dobrego projektanta nie jest umiejętność stworzenia efektownego modelu 3D. Jest nią zdolność przewidywania, jak produkt będzie zachowywał się po tysiącach cykli pracy, podczas montażu, serwisowania i wieloletniej eksploatacji.

To właśnie dlatego doświadczeni konstruktorzy nie pytają: "Czy da się to wydrukować?" Znacznie częściej zadają sobie inne pytanie:

"Która technologia będzie najlepsza właśnie dla tej funkcji?"

Odpowiedź bardzo rzadko brzmi: tylko druk 3D albo tylko metal. Najczęściej najlepsze rozwiązanie znajduje się dokładnie pomiędzy nimi.

Inżynierska myśl na dziś

Projektowanie nie polega na udowadnianiu wyższości jednej technologii nad drugą. Polega na świadomym wykorzystaniu mocnych stron każdej z nich. Dopiero wtedy powstają rozwiązania, które są jednocześnie trwałe, funkcjonalne i ekonomicznie uzasadnione.