Drukowanie 3D, zwane również produkcją addytywną, istnieje od wielu lat. Podobnie jak inne nowe technologie przeszło okres, który niektórzy określiliby jako nadmierny szum reklamowy. Było wówczas postrzegane bardziej w kategoriach nowinki rynkowej aniżeli przełomowej technologii, która mogłaby znacząco wpłynąć na tradycyjne strategie produkcyjne. Jednak w ciągu ostatnich kilku lat rzeczywistość uległa zmianie, a rynek 3D odnotowuje coraz większe wzrosty.  Zgodnie z prognozą opracowaną przez firmę Wohlers Associates, Inc. w 2015 r. rynek druku 3D wzrośnie z około 7 mld dolarów w 2016 roku do 21 mld dolarów w 2020 roku. Zakładając przewidywany wzrost, nadal pozostaje on w dużej mierze obszarem niewykorzystanym, a jego udział w rynku materiałów drukowanych pozostanie niewielki. Wohlers Associates, Inc. podaje jednak optymistyczne prognozy uważając, że ​​drukowanie 3D ostatecznie zdobędzie 5% światowej zdolności produkcyjnej, co sprawi, że jego wartość wyniesie aż 640 mld dolarów.

Dlaczego 3D?

Na tym tle zainteresowanie firmy Mimaki produkcją addytywną nie może nikogo dziwić. Założona w Japonii w 1975 roku firma szybko zyskała pozycję jednego z wiodących producentów wielkoformatowych drukarek atramentowych i systemów tnących. Urządzenia znajdują zastosowanie w przypadku produkcji oznakowań wewnętrznych i zewnętrznych, opakowań, upominków reklamowych i mebli tapicerowanych. Zatrudniająca 1580 pracowników na całym świecie firma generuje przychody w wysokości około 375 mln euro rocznie. Europa jest obecnie największym rynkiem zbytu dla Mimaki.

Skok technologiczny od drukarek atramentowych 2D z utrwalaniem UV do drukarek 3D był dla Mimaki naturalną konsekwencją przyjętej wcześniej strategii. Firma przeznaczyła znaczące zasoby na rzecz prac badawczo-rozwojowych nad drukiem 3D. Stworzone przez Mimaki innowacyjne urządzenie 3DUJ-553 jako pierwsze na rynku druku 3D wykorzystuje rozwiązania oparte na zaawansowanej technologii druku atramentowego z utwardzaniem UV. Drukarka została zaprezentowana po raz pierwszy podczas ubiegłorocznej wystawy Formnext odbywającej się w listopadzie we Frankfurcie.

O druku atramentowym utwardzanym promieniami UV

Druk atramentowy jest kojarzony z atramentami na bazie wody stosowanymi w drukarkach atramentowych używanych w domach i biurach na całym świecie. Drukarki te tworzą cyfrowy obraz na papierze lub innym podłożu, precyzyjnie wyrzucając kropelki atramentu. Atramenty na bazie wody wymagają specjalistycznych podłoży w celu zminimalizowania procesu absorpcji. W przypadku większych nakładów i bardziej profesjonalnych zastosowań systemy inkjetowe są wyposażone w rozbudowane urządzenia suszące, używane w celu usunięcia wody z papieru.

Systemy wykorzystujące atramenty utwardzalne promieniowaniem UV zapewniają trwalszy produkt. Przy utwardzaniu UV światło ultrafioletowe i światło widzialne są używane do inicjowania reakcji fotochemicznej, która generuje krzyżową sieć polimerów. Atrament szybko wysycha i zazwyczaj dobrze łączy się z szeroką gamą podłoży. Proces zachodzi w niskiej temperaturze i przy dużej prędkości; może być wykorzystywany w drukowaniu, powlekaniu, dekorowaniu i druku 3D.

Drukarki 3D różnią się od siebie, podobnie jak wykorzystywane w nich materiały wejściowe, którymi mogą być różnego rodzaju proszki, włókna i ciecze. Tym, co mają ze sobą wspólnego, jest zdolność osadzania materiału na warstwach w celu utworzenia pożądanego finalnie obiektu. Jest to nazywane wytwarzaniem addytywnym w przeciwieństwie do bardziej tradycyjnych modeli produkcyjnych, w których materiał jest usuwany w celu utworzenia obiektu – przykładowo w przypadku wiercenia, frezowania, toczenia itd. Ponieważ jest to proces cyfrowy, można go wykorzystać do utworzenia jednego przedmiotu lub w razie potrzeby – powielania tego samego obiektu. Koszt wytworzenia poszczególnych części jest stosunkowo stały w przypadku różnych materiałów takich jak żywice z tworzyw sztucznych, metale czy materiały ceramiczne.

Podejście Mimaki do druku 3D

Spośród wielu różnych podejść do druku 3D, Mimaki zdecydowało się rozwijać technologię, w której drukarka 3D nakłada kolejne warstwy atramentu natychmiast utwardzane światłem UV, do momentu, gdy obiekt zostanie w pełni uformowany. Poszczególne cienkie warstwy nakładane są na powierzchnię drukowania tworząc jeden lub kilka precyzyjnych modeli 3D bądź ich części. Jeśli zwisające lub skomplikowane kształty wymagają podtrzymania, drukarka 3D jest w stanie taką podporę stworzyć generując dodatkowy strumień (nośnik). Po zakończeniu procesu podpora jest usuwana. Urządzenie wykorzystuje utwardzanie LED w celu zmniejszenia zużycia energii, różniąc się tym samym od innych drukarek 3D pod wieloma względami i oferując istotne funkcjonalności takie jak:

• Możliwość drukowania przedmiotów w ponad 10 milionach kolorów. Aby uzyskać dokładny i spójny kolor, można używać profili kolorystycznych. Oznacza to, że nie jest wymagane przemalowywanie przedmiotów, co skutkuje oszczędnościami czasu i pracy.
• Możliwość wykończenia białym tuszem, a także przezroczystą powłoką atramentową, nadającego wyraźny charakter wydrukowanemu produktowi.
• Możliwość łatwego usunięcia materiałów pomocniczych za pomocą zwykłego mycia wodą, co eliminuje potrzebę czasochłonnego – ręcznego odcinania konstrukcji nośnych i podporowych.
• Duży obszar druku – maksymalny rozmiar przedmiotów wynoszący 50x50x30 cm jest większy niż w przypadku porównywalnych drukarek 3D.

W oparciu o wieloletnie doświadczenie w branży druku atramentowego 2D utwardzanego promieniami UV firma Mimaki wyposażyła drukarkę 3DUJ-553 w zastrzeżone technologie, w tym system cyrkulacji atramentu, który zapobiega zatykaniu dysz oraz moduł kontroli dysz - Nozzle Checking Unit (NCU). Dysze głowicy drukującej są automatycznie sprawdzane pod kątem nieprawidłowego działania, a w przypadku stwierdzenia błędu skuteczna strategia wymiany dysz umożliwia zachowanie ciągłości druku. Ponadto drukarka jest wyposażona w wewnętrzną kamerę kontrolną, która umożliwia operatorom ciągłe monitorowanie postępów drukowania.

Drukarka Mimaki 3DUJ-553 sprawdza się także w przypadku innych zastosowań takich jak:

• Prototypowanie podczas procesu projektowania
• Pełnokolorowe prototypowanie w przypadku szybkiego wprowadzania produktu na rynek
• Drukowanie elementów testowych
• Tworzenie modeli dla branży architektonicznej, stoczniowej, off-shore i innych, które wcześniej ręcznie wykonywały modele.

Nadszedł czas druku 3D

Po wielu latach rozwoju i eksperymentowania coraz więcej branż sięga po druk 3D włączając go do swoich procesów produkcyjnych, poszerzając wachlarz i różnorodność aplikacji.  Proces ten będzie konsekwentnie postępował wraz z rozwojem technologii. Bez względu na to, czy mówimy tu o druku części zamiennych dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, tworzeniu unikalnych elementów wystroju wnętrza,  budowaniu realistycznego modelu architektonicznego, czy po prostu o produkcji artykułów promocyjnych - potencjał druku 3D jest nieograniczony. Co więcej, rynek oczekuje personalizacji, większej liczby SKU, co w połączeniu z szybkim czasem wprowadzenia produktu do obrotu otwiera drzwi addytywnym procesom wytwórczym, czyniąc druk 3D atrakcyjnym rozwiązaniem dla wielu branż.

Opracowano na podstawie informacji firmy Mimaki