CSIRO
Ko se je 3D-tiskanje prvič pojavilo, je šlo izključno za plastiko. Raziskovalci iz CSIRO pojasnjujejo, kaj je 3D-tiskanje, kako deluje in kakšno vlogo igra v širši avstralski predelovalni industriji, ki uporablja kovine.
S 3D-tiskanjem se izdelujejo majhni, zapleteni ali po meri izdelani predmeti iz različnih materialov, imenovanih tudi »črnila«, kot so plastika, kovina ali celo hrana. Ta tehnologija, ki je uporabna za izdelavo posameznih kosov ali delov v majhnih serijah, je sčasoma postala vse bolj izpopolnjena. Zdaj jo preizkušajo celo na vesoljskih misijah [1], da bi po potrebi lahko izdelovali sestavne dele na zahtevo.
3D-tiskanje je prav tako pomenilo prelomnico za predelovalno industrijo. Najnovejši podatki [2], ki jih je objavila organizacija Additive Manufacturing Research, kažejo, da je svetovni trg 3D-tiskanja v prvem četrtletju leta 2026 dosegel vrednost 4,35 milijarde dolarjev.
Kako deluje 3D-tiskanje?
Dr. Daniel East, vodja skupine za napredno proizvodnjo in kovine pri CSIRO je povedal: »V osnovi 3D-tiskanje ustvarja predmete sloj za slojem na podlagi digitalnega načrta. Namesto da bi material odstranjevali – kar je značilno za tradicionalno obdelavo, aditivna proizvodnja dodaja material le tam, kjer je to potrebno.«
»Postopek se začne z izdelavo 3D-modela v programu za računalniško podprto načrtovanje (CAD). Ta model se nato razreže na stotine ali tisoče tankih plasti, ki jih tiskalnik zaporedoma nanaša z uporabo materialov, kot so polimeri, kovine ali keramika.«
»3D-tiskanje ponuja povsem drugačen pristop k proizvodnji in je pomenilo prelomnico za predelovalno industrijo. Dele je mogoče izdelati brez dragih orodij, kar pospeši proizvodnjo in omogoča ustvarjanje zelo zapletenih ali po meri prilagojenih modelov.«
Kako se je razvilo 3D-tiskanje?
3D-tiskanje se je začelo v 80. letih prejšnjega stoletja s stroji, ki so za utrjevanje tekoče smole uporabljali ultravijolično svetlobo, predvsem za drago industrijsko izdelavo prototipov. Preboj je prišel leta 1989 s tehnologijo modeliranja z nanašanjem taljene plastike (FDM), ki ustvarja predmete s taljenjem in nanašanjem zelo tankih plastičnih niti.
Ko so se leta 2009 iztekli ključni patenti, se je konkurenca zaostrila, cene so padle, 3D-tiskanje pa je prvič postalo dostopno ljubiteljem in širši javnosti. Prvi visokokakovostni tiskalniki za tiskanje kovin so se na trgu pojavili sredi prvega desetletja tega stoletja, in prav te naprave uporabljamo še danes. Delujejo na podoben način kot zgodnji tiskalniki, vendar namesto UV svetlobe in smole uporabljajo zmogljiv laser in kovinski prah. 3D-tiskanje so v Avstraliji z navdušenjem sprejeli, saj lokalni proizvajalci iščejo prožnejše, odpornejše in učinkovitejše načine za proizvodnjo visokokakovostnih komponent.
Kaj je mogoče in česa ni možno izdelati s 3D-tiskanjem?
3D-tiskanje se odlikuje pri izdelavi zapletenih oblik, ki jih je s konvencionalnimi metodami težko, drago ali celo nemogoče izdelati. To vključuje lahke rešetkaste strukture, notranje kanale za hlajenje ali pretok tekočin, visoko prilagojene dele ter zapletene sklope, združene v en sam sestavni del. 3D-tiskanje kovin je še posebej uporabno za izdelavo manjših, zapletenih in visoko zmogljivih delov, kot so medicinski vsadki ali sestavni deli letal. Namesto da bi zgolj kopirali dele, ki jih že znamo izdelati, 3D-tiskanje inženirjem omogoča, da oblikujejo povsem nove oblike, ki delujejo bolje – na primer dele, ki se učinkoviteje ohlajajo, so lažji ali imajo daljšo življenjsko dobo. Nekaterih teh modelov z tradicionalno proizvodnjo ne bi bilo možno proizvesti.
Vendar 3D-tiskanje ni vedno prava rešitev. Pri preprostih delih, ki se proizvajajo v velikih serijah, so tradicionalne proizvodne metode ponavadi hitrejše in cenejše. Poleg tega 3D-proces ni zgolj »natisni in končano« – deli pogosto potrebujejo dodatne korake, kot so segrevanje, obrezovanje ali glajenje, preden so pripravljeni za uporabo, zato je treba ta dodatni čas in stroške vključiti v načrt.
Ali obstaja razlika med 3D-tiskanjem in aditivno proizvodnjo?
Dr. Daniel East je dodal:
»Izraz »3D-tiskanje« je prvotno opisoval zgodnje tehnologije tiskanja na osnovi polimerov in se še vedno pogosto uporablja v potrošniškem in namiznem kontekstu.
»Aditivna proizvodnja« je širši industrijski izraz, ki zajema široko paleto postopkov s polimeri, kovinami in keramiko, ki se uporabljajo v profesionalnih proizvodnih okoljih.
V praksi se oba izraza nanašata na isto družino tehnologij, ki na podlagi digitalnih načrtov izdelujejo dele sloj za slojem.«
Kateri materiali se lahko uporabijo?
Sodobna aditivna proizvodnja omogoča uporabo vedno širšega spektra materialov, med katerimi so:
polimeri, kot so termoplasti in kompoziti, ojačeni z vlakni
kovine, vključno s titanom, aluminijem, jekli in bakrenimi zlitinami
keramika, ki se uporablja za visokotemperaturne ali obrabljive namene.
Eden od najpomembnejših dosežkov v zadnjih letih je bil razvoj materialov, ki so bili posebej zasnovani za aditivno proizvodnjo, namesto da bi jih prilagodili iz konvencionalnih proizvodnih metod. Ti materiali so bili zasnovani tako, da prenesejo hitro segrevanje in ohlajanje, ki se pojavljata med tiskanjem.
Raziskovalci eksperimentirajo tudi s tiskanjem delov, ki so izdelani iz več kot enega materiala hkrati, ali posameznih delov, sestavljenih iz materialov, ki se postopoma spreminjajo. To inženirjem omogoča, da pri načrtovanju zagotovijo trdnost, lahkost, toplotno odpornost ali trajnost točno tam, kjer je to potrebno, ter tako ustvarijo dele, ki delujejo bolje kot katerikoli izdelek, izdelan s tradicionalnimi metodami.
Koliko časa traja 3D-tiskanje v primerjavi s tradicionalno proizvodnjo?
Čas tiskanja se lahko giblje od ur do dni, odvisno od velikosti dela, njegove zapletenosti in postopka. Čeprav se to morda zdi počasno, lahko aditivna proizvodnja skrajša skupne roke izvedbe, saj odpravlja potrebo po orodjih, kalupih in številnih proizvodnih korakih.
Pri prototipih, proizvodnji majhnih serij ali visoko prilagojenih delih, aditivna proizvodnja pogosto omogoča izdelavo komponent veliko hitreje in stroškovno učinkoviteje kot tradicionalne metode. Novejše tehnologije, kot je robotsko tiskanje, še dodatno pospešujejo hitrost proizvodnje in povečujejo velikost delov, ki jih je mogoče natisniti.
Tradicionalna proizvodnja temelji na izdelavi velikega števila delov enotnega dizajna. Najprej se oblikuje in izdela orodje ali kalup, kar lahko traja več mesecev in je drag proces, vendar je proizvodnja od tega trenutka naprej lahko hitra in v velikih količinah.
Če je rok dobave pomemben ali je serija majhna, je aditivna proizvodnja pogosto dobra ekonomska rešitev za proizvodnjo.
Kakšne so prednosti in omejitve 3D-tiska?
3D-tiskanje ponuja številne prednosti, med drugim svobodo pri ustvarjanju izjemno zapletenih modelov, manjše količine odpadnega materiala, hitrejše izdelovanje prototipov in ponavljanje ter možnost prilagajanja delov v velikem obsegu. Prav tako lahko prispeva k bolj odpornim in razpršenim dobavnim verigam, saj omogoča proizvodnjo bližje kraju, kjer so deli potrebni.
Vendar pa to ni brez omejitev. Stroški so še vedno višji pri preprostih komponentah, proizvedenih v velikih serijah, proizvajalci pa morajo izpolnjevati stroge zahteve glede kvalifikacije materialov in postopkov. Deli pogosto zahtevajo dodatno naknadno obdelavo in pregled, potrebna pa sta tudi specializirano znanje in ustrezna infrastruktura.
Kakšna je vloga CSIRO na področju aditivne proizvodnje za industrijo?
CSIRO, avstralska nacionalna znanstvena agencija, je ustanovila namenski center za reševanje raziskovalnih in razvojnih izzivov, s katerimi se soočajo podjetja, ki uporabljajo aditivno proizvodnjo kovin – Inovacijski center Lab22 [3].
Lab22 ponuja vrsto najsodobnejših tehnologij aditivne proizvodnje kovin. Laboratorij Lab22, ki se nahaja na lokaciji CSIRO v Claytonu v Melbournu, podjetjem omogoča, da raziskujejo možnosti aditivne proizvodnje z novimi materiali, proizvodnimi tehnikami in raziskovalnim strokovnim znanjem, kar jih loči od komercialno ponujenih storitev. Laboratorij deluje že deset let in je eden od vodilnih nacionalnih raziskovalno-razvojnih središč za 3D-tiskanje kovin.
Viri:
1: https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/epsilon/3D-printed_metal_unlocking_crew_autonomy
2: https://www.australianmanufacturing.com.au/manufacturing-growth-drives-global-3d-printing-market-to-4-35b-in-q1-am-research-reports/
3: https://www.csiro.au/en/research/technology-space/it/lab22
Povzeto po:
https://www.csiro.au/en/news/All/Articles/2026/August/Expert-commentary-3D-printing
