Drukowanie 3D konstrukcji lotniczych i kosmicznych stało się dziesięciokrotnie tańsze
Technika drukowania przy użyciu topionego materiału (FFF) jest jedną z pierwszych technologii druku 3D, pozwalającą na realizację przestrzennych produktów, prototypów i modeli. Proces ten wykorzystuje podgrzewaną dyszę, która wyrzuca stopione tworzywo sztuczne i osadza je na podłożu w cienkich warstwach, jedna na drugiej, które tworzą drukowany element. Technologia FFF, która ma duży potencjał, aby stać się technologią druku 3D pierwszego wyboru, może obniżyć koszty i skrócić czas realizacji w różnych branżach, jednak jak dotąd nie zyskała ona wystarczającej siły przebicia w celu rewolucyjnej industrializacji i komercjalizacji, ponieważ pozwala ona na wytłaczanie materiału wyłącznie o temperaturze około 280 °C. Inne dostępne na rynku w przystępnej cenie drukarki 3D korzystają raczej z materiałów fotopolimeryzowanych lub spiekanych, co wyklucza użycie niektórych wysokowydajnych polimerów, takich jak polieteroimid (ULTEM) i polieteroeteroketon (PEEK).
Materiały o wyższej temperaturze topnienia rozszerzają zakres zastosowań drukarek 3D
Wysokowydajne tworzywa termoplastyczne, takie jak ULTEM i PEEK, charakteryzują się wyjątkowymi właściwościami w porównaniu z innymi tworzywami służącymi do druku 3D. Wysoka wytrzymałość i sztywność, doskonała trwałość, długotrwała odporność termiczna, a także szeroka odporność chemiczna to tylko niektóre z właściwości mechanicznych, które sprawiają, że ta grupa tworzyw termoplastycznych jest bardzo pożądana w zastosowaniach lotniczych i kosmicznych. Do prawidłowego druku tworzywa te wymagają jednak znacznie wyższych temperatur. Chociaż w przypadku niektórych systemów drukowania 3D korzystających z technologii FFF poczyniono pewne postępy w zakresie wykorzystania materiałów o wyższej temperaturze topnienia, są one nadal w fazach rozwojowych. FFF jest uważana za najbardziej obiecującą technologię taniego druku 3D wykorzystującą tworzywa PEEK lub ULTEM, jednak nie odniosła ona jeszcze wielkiego sukcesu w zastosowaniach lotniczych i kosmicznych. Do drukowania 3D części z tworzyw PEEK w przemyśle lotniczym i kosmicznym korzysta się obecnie z certyfikowanej i szeroko dostępnej technologii topienia wiązką elektronów (ang. electron beam melting; EBM). Inwestycja w system EBM przystosowany do użycia tworzyw PEEK może wynieść około 1 milion euro.
Technologia druku przestrzennego FFF zwraca się dziesięciokrotnie
Podczas projektu SPECTRAL, finansowanego w ramach unijnego programu Czyste Niebo 2, udało się opracować nową, przystępną cenowo i niezawodną technologię druku 3D produktów o wysokiej wartości dodanej. W ramach inicjatywy Czyste Niebo 2 opracowano drukarkę 3D zgodną ze specyfikacjami określonymi przez europejską firmę lotniczą Airbus. „Biorąc pod uwagę duże zapotrzebowanie na materiały inżynieryjne charakteryzujące się doskonałymi osiągami, ceny przemysłowych drukarek 3D nie muszą osiągać astronomicznych kwot”, zauważa koordynatorka projektu Marilys Blanchy. „Nasza nowa przemysłowa drukarka 3D wykorzystująca tworzywa PEEK kosztuje dziesięć razy mniej niż komercyjne drukarki korzystające z technologii FFF”. Cena ta stanowi ułamek kosztu przemysłowych systemów EBM. Aby móc przetwarzać wysokowydajne polimery, nową drukarkę 3D wyposażono w komorę drukowania, w której możliwe jest osiągnięcie temperatury do 240 °C. Ta wysokotemperaturowa komora do druku minimalizuje możliwość powstania zniekształceń i zapewnia dobre połączenie poszczególnych warstw. Oprócz doskonałych osiągów w zakresie ceny wydruku pojedynczych elementów, system działa szybko i pozwala na wykonywanie elementów z powszechnie dostępnych na rynku filamentów. Naukowcy opracowali w ramach projektu również bazę danych, która umożliwia automatyczne zapisywanie i śledzenie wydrukowanych części 3D. Projekt SPECTRAL zapewnił producentom z branży lotniczej i kosmicznej przystępną cenowo technologię produkcji lekkich części, przyczyniając się do zmniejszenia zużycia paliwa, a tym samym emisji zanieczyszczeń. Nowe urządzenie stanowi jeden z niewielu dostępnych przykładów technologii druku 3D zapewniających jakość spełniającą oczekiwania przemysłu.
Słowa kluczowe
SPECTRAL, drukarka 3D, polieteroeteroketon (PEEK), FFF, przestrzeń powietrzna, polieteroimid (ULTEM), EBM, Czyste Niebo 2