10 Πλεονεκτήματα της Τρισδιάστατης Εκτύπωσης

Γράφει ο Γιώργος Αντωνάκος

Μέχρι σήμερα ξέραμε όλοι ότι για την ανάπτυξη και κατασκευή ενός προϊόντος και αντικειμένου, δηλαδή για την μετατροπή ενός αρχικού σχεδίου σε τρισδιάστατο πρωτότυπο προϊόν, δύο ήταν μέθοδοι που χρησιμοποιούνταν.

• Η κατασκευή με διαδικασίες αφαίρεσης υλικού, δηλαδή με τη χρήση εργαλείων και μηχανημάτων κυρίως CNC (Computer Numeric Controlled), από ένα κομμάτι υλικού αφαιρείται υλικό με σκοπό τη διαμόρφωση της μορφής  του τελικού προϊόντος. 

• Η χύτευση, δηλαδή η διαδικασία κατασκευής κυρίως μεγάλων εξαρτημάτων, με ιδιόμορφη συνήθως γεωμετρία. Η χύτευση πραγματοποιείται με την τήξη μετάλλων και κραμάτων και την έγχυσή του τήγματος σε κατάλληλα διαμορφωμένο καλούπι.

Τα τελευταία χρόνια έχει εισχωρήσει δυναμικά στον τομέα της παραγωγής προϊόντων και μία τρίτη, εντελώς διαφορετική, μέθοδος αυτή της τρισδιάστατης εκτύπωσης γνωστή ως 3D printing. Η τρισδιάστατη εκτύπωση ως μέθοδος κατασκευής προσθέτων, είναι η διαδικασία κατασκευής τρισδιάστατων αντικειμένων που προηγουμένως έχουν σχεδιαστεί σε ένα αρχείο CAD υπολογιστή. Κάθε τμήμα του αντικειμένου κατασκευάζεται προσθέτοντας ένα στρώμα υλικού πάνω στο προηγούμενο στρώμα.
Πλέον όλο και περισσότερες εταιρείες σε ένα τεράστιο εύρος βιομηχανιών εφαρμογών αγκαλιάζουν τη διαδικασία εκτύπωσης 3D, καθώς αυτή παρουσιάζει πολλά και σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής.
Τα κύρια πλεονεκτήματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης ως προς τις διαδικασίες αφαίρεσης υλικού και χύτευσης είναι οι εξής:

1. Ταχύτητα

Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας 3D εκτύπωσης είναι το “Rapid Prototyping” δηλαδή η τάχιστη κατασκευή πρωτοτύπου. Με το Rapid Prototyping δίνεται η δυνατότητα του σχεδιασμού, της κατασκευής και δοκιμής ενός πρωτότυπου εξαρτήματος σε όσο το δυνατόν μικρότερο χρόνο. Επίσης, εάν είναι απαραίτητη η οποιαδήποτε τροποποίηση ή βελτιστοποίηση του σχεδιασμού, αυτή επιτυγχάνεται χωρίς να επηρεάζεται δυσμενώς η ταχύτητα της κατασκευαστικής διαδικασίας.
Πριν την άνθηση της βιομηχανίας της τρισδιάστατης εκτύπωσης, η κατασκευή ενός πρωτοτύπου θα απαιτούσε εβδομάδες. Κάθε φορά που συνέβαινε μία οποιαδήποτε αλλαγή αυτή προσέθετε επιπλέον εβδομάδες για την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Αν λάβουμε υπόψη και τους αναγκαίους χρόνους μεταφοράς των υλικών, τότε η πλήρης ανάπτυξη ενός προϊόντος μπορούσε να διαρκέσει και ένα ολόκληρο έτος. Αντίθετα με τις τεχνικές της 3D εκτύπωσης μία εταιρία μπορεί να σχεδιάσει ένα αντικείμενο σε κάποιο λογισμικό CAD, στη συνέχεια να κατασκευάσει το πρωτότυπο στις εγκαταστάσεις της με τη χρήση ενός επαγγελματικού 3D printer και τέλος να ελέγξει το τελικό προϊόν ως προς τις απαιτήσεις σχεδιασμού και κατασκευής μέσα σε μόλις λίγες ημέρες.
Για μικρές επιχειρήσεις και ιδιώτες αυτή η διαφορά με τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής είναι σημαντική. Η ελευθερία και η δημιουργικότητα που συνδέονται με την εκτύπωση 3D σημαίνει ότι οτιδήποτε σχεδόν μπορεί να δημιουργηθεί χωρίς την ανάγκη ύπαρξης εργαστήριων γεμάτα με ακριβά μηχανήματα. Για την κατασκευή των πρωτοτύπων δεν απαιτούνται μεγάλοι χρόνοι και επιπλέον η διαδικασία είναι οικονομικά συμφέρουσα ακόμα και για μικρές παραγγελίες. 

2. Κόστος

Για μικρές γραμμές παραγωγής και εφαρμογές, η τρισδιάστατη εκτύπωση είναι η πλέον οικονομική από τις κατασκευαστικές διεργασίες. Σε αντίθεση με τις κατεργασίες με αφαίρεση υλικού και την χύτευση, για τις οποίες απαιτούνται πανάκριβα μηχανήματα, εξειδικευμένο προσωπικο, τεχνικό προσωπικό και μεγάλοι χώροι εργασίας, που συνεπάγονται τεράστια κόστη παραγωγής, η τρισδιάστατη εκτύπωση απαιτεί μόνο ένα ή δύο μηχανήματα και αντίστοιχο εξειδικευμένο προσωπικό. Επίσης η σπατάλη πρώτης ύλης είναι μόνο ένα κλάσμα της αντίστοιχης απαιτούμενης από τις συμβατικές μεθόδους.

3. Προσαρμοστικότητα

Ένα από τα πλέον σημαντικά πλεονεκτήματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι το γεγονός ότι κάθε ένας εκτυπωτής μπορεί να κατασκευάσει σχεδόν οτιδήποτε μπορεί να χωρέσει στον όγκο εργασίας του. Με τις συμβατικές κατασκευαστικές διεργασίες για κάθε κομμάτι που πρέπει να κατασκευαστεί από την αρχή ή να διαμορφωθεί απαιτείται ένα νέο εργαλείο ή μηχάνημα. Στη τρισδιάστατη εκτύπωση από την άλλη πλευρά χρειάζεται μόνο να επεξεργαστεί το ολοκληρωμένο σχέδιο με ένα ειδικό λογισμικό slicer και στη συνέχεια να κατασκευαστεί το αντικείμενο με καθόλου ή λίγες αλλαγές.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση επιτρέπει τη δημιουργία και την κατασκευή γεωμετριών που είναι αδύνατον να κατασκευαστούν με τις παραδοσιακές μεθόδους, όπως κοιλότητες μέσα στη στερεή μάζα του κομματιού ή ακόμα την κατασκευή ενός κομματιού μέσα σε ένα άλλο κομμάτι. Επίσης επιτρέπεται η σύνθεση - ένταξη πολλών και διαφορετικών υλικών σε ένα κομμάτι, η ανάμειξη και αντιστοίχιση διαφόρων  χρωμάτων, υφών και μηχανικών ιδιοτήτων.
Ακόμα και ο πλέον αρχάριος χρήστης στο σχεδιασμό CAD μπορεί να σχεδιάσει οτιδήποτε του αρέσει, να το κατασκευάσει και να το τροποποιήσει με χρήση ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή. Κάθε σχέδιο μπορεί να κατασκευαστεί από ένα τεράστιο εύρος υλικών. 

4. Ανταγωνιστικό πλεονέκτημα 

Λόγω της ταχύτητας και του χαμηλότερου κόστους κατασκευής με την τρισδιάστατη εκτύπωση, μειώνονται οι κύκλοι ζωής του προϊόντος. Οι επιχειρήσεις μπορούν να βελτιώσουν και να ενισχύσουν ένα προϊόν με τέτοιο ρυθμό  που τους επιτρέπει να παραδίδουν καλύτερα προϊόντα σε μικρότερο χρονικό διάστημα
Η 3D εκτύπωση επιτρέπει τη φυσική επίδειξη ενός νέου προϊόντος στους πελάτες και τους επενδυτές, αντί να τα αφήνει στη φαντασία τους, μειώνοντας έτσι τον κίνδυνο παρανόησης, παραπληροφόρησης ή ελλείμματος πληροφοριών κατά την επικοινωνία. Επιπλέον με την τρισδιάστατη εκτύπωση επιτρέπονται οικονομικά αποδοτικές έλεγχοι της  αγοράς, απόκτηση ανατροφοδότησης από δυνητικούς πελάτες και επενδυτές σε ένα απτό προϊόν, χωρίς τον κίνδυνο μεγάλων αρχικών δαπανών για κατασκευή πρωτοτύπων.

5. Ενίσχυση σχεδιασμού και δοκιμής προϊόντων 

Όπως περιγράφηκε στην παράγραφο «Ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα», το να βλέπεις ένα προϊόν σε μια οθόνη δεν μπορεί να συγκριθεί με την πραγματικότητα να αγγίζεις και να αισθάνεσαι ένα πρωτότυπο αντικείμενο. Το πρωτότυπο μπορεί να δοκιμαστεί και αν εντοπιστούν ελαττώματα, το αρχείο CAD μπορεί να τροποποιηθεί και να εκτυπωθεί η βελτιωμένη έκδοση την επόμενη μέρα. 

6. Ποιότητα

Η φύση της τρισδιάστατης εκτύπωσης επιτρέπει τη σταδιακή συναρμολόγηση του εξαρτήματος ή του προϊόντος, που εγγυάται την ενίσχυση του σχεδιασμού και την καλύτερη ποιότητα εξαρτημάτων / προϊόντων. 

7. Συνοχή

 Όπως αναφέρθηκε, οι παραδοσιακές διαδικασίες παραγωγής μπορούν να οδηγήσουν σε ένα ποσοστό μιας παρτίδας εξαρτημάτων που είναι ελαττωματικό ή ασυνεπές σε ποιότητα σε σύγκριση με τα υπόλοιπα μέρη και σε σχέση με τις απαιτήσεις του σχεδιασμού. Στην εκτύπωση 3D, τα τμήματα εκτυπώνονται διαδοχικά. Κάθε μεμονωμένο τμήμα μπορεί να παρακολουθείται, επιτρέποντας τον εντοπισμό σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο, μειώνοντας τον συνολικό αριθμό των ελαττωματικών τμημάτων και τα σπατάλη των υλικών ενώ ταυτόχρονα αυξάνεται η σταθερή ποιότητα των παραγόμενων εξαρτημάτων.

8. Μείωση ρίσκου 

Η τεχνολογία 3D εκτύπωσης επιτρέπει στους σχεδιαστές προϊόντων να επαληθεύουν την ποιότητα και την λειτουργικότητα των πρωτότυπων προϊόντων από τα αρχικά στάδια σχεδιασμού, προτού ξεκινήσουν οι αναγκαίες σημαντικές επενδύσεις κατασκευής που μπορεί να είναι δυνητικά καταστροφικές. 

9. Προσιτή τεχνολογία σε όλους 

Τα συστήματα τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι πολύ πιο προσιτά και μπορούν να χρησιμοποιηθούν από προσωπικό χωρίς ιδιαίτερη εξειδίκευση συγκριτικά με τις παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής.
Σε σύγκριση με το τεράστιο κόστος που συνεπάγεται η δημιουργία συμβατικών συστημάτων παραγωγής, η τρισδιάστατη εκτύπωση κοστίζει πολύ λιγότερο.
Επίσης, η εκτύπωση 3D είναι σχεδόν εξ ολοκλήρου αυτοματοποιημένη, απαιτώντας ελάχιστο ή καθόλου επιπλέον προσωπικό για να λειτουργεί, να εποπτεύει και να συντηρεί το μηχάνημα, καθιστώντας την πολύ πιο προσιτό από άλλα συστήματα παραγωγής.

10. Βιωσιμότητα 

Με την εκτύπωση 3D, η ανάθεση κατασκευής εξαρτημάτων σε εξωτερικούς συνεργάτες μηδενίζεται. Οι ανάγκες μεταφοράς υλικών, εξαρτημάτων και προϊόντων ελαχιστοποιούνται με αντίστοιχη μείωση των εκπεμπόμενων ρύπων. Επίσης δεν υπάρχει ανάγκη λειτουργίας και συντήρησης ενεργειοβόρων χώρων παραγωγής.
Επιπλέον η τρισδιάστατη εκτύπωση δημιουργεί πολύ λιγότερα απορρίμματα για ένα μέρος με τα υλικά που χρησιμοποιούνται να είναι γενικά ανακυκλώσιμα.

Συνοψίζοντας, τα κύρια πλεονεκτήματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης απαντούν στα οφέλη της ταχύτητας, της ευελιξίας και του χαμηλού κόστους. Για μικρές σειρές παραγωγής, τη δημιουργία πρωτοτύπων πρωτότυπα, για μικρές επιχειρήσεις και για εκπαιδευτική χρήση, η 3D εκτύπωση είναι εξαιρετικά ανώτερη από τις άλλες βιομηχανικές μεθόδους.

πηγή: https://www.makerbot.com