Choć historia druku 3D sięga lat 80 XX wieku, to dopiero w ostatnich latach druk ten stał się powszechny i bardziej dostępny. Większości z nas druk 3D kojarzy z wydrukami ciekawych i niecodziennych gadżetów, brakujących klocków Lego dla dzieci, czy choćby przyłbic w okresie pandemii Covid-19. W druku tych drobnych przedmiotów pomocne są małe, niemal domowe drukarki przestrzenne. Jednak niewiele osób zna zastosowanie drukarek przemysłowych, choć właśnie takie urządzenia wspierają tradycyjne metody produkcji i codzienne procesy w wielu firmach związanych z branżą elektroniczną.
Druk 3D odgrywa coraz większą rolę również w produkcji elektroniki użytkowej. W tej dziedzinie wprowadzenie druku 3D przynosi ogromne korzyści. Mowa między innymi o projektowaniu, szybkim prototypowaniu, testowaniu urządzeń, personalizacji produktów, optymalizacji procesów produkcyjnych, czego efektem jest redukcja kosztów.
Projektowanie dla produkcji i druk 3D
Projektowanie dla produkcji i druku 3D to połączenie dwóch kluczowych obszarów: projektowania dla produkcji (ang. DFM – Design for Manufacturing) oraz technologii druku 3D, znanej również jako wytwarzanie addytywne, inaczej przyrostowe (ang. additive manufacturing).
Szybkie tworzenie prototypów
Drukarka 3D stała się nieodzownym narzędziem pracy w niejednym dziale R&D (dział badawczo-rozwojowy), ponieważ druk przestrzenny umożliwia inżynierom i projektantom szybkie tworzenie oraz testowanie prototypów nowych urządzeń. W tradycyjnych metodach produkcji opracowanie prototypów może trwać tygodnie lub nawet miesiące. Druk 3D skraca ten czas do kilku dni, a tym samym pozwala na szybsze testowanie i wprowadzanie poprawek w samych urządzeniach.
Możliwość natychmiastowej weryfikacji i modyfikacji projektów pozwala na szybkie identyfikowanie i korygowanie błędów. Projektanci mogą szybko wprowadzać zmiany, testować nowe rozwiązania i optymalizować projekt pod kątem funkcjonalności oraz produkcyjności. Na przykład, w produkcji elektroniki modyfikacje rozstawu otworów w projekcie płytki drukowanej, zmiany miejsc przycisków czy wyglądu obudowy mogą być szybko wprowadzone i przetestowane, bez konieczności tworzenia nowych form wtryskowych czy matryc.
Nieograniczone możliwości projektowe
Druk 3D umożliwia tworzenie bardziej złożonych geometrii i precyzyjnych elementów, które są trudne lub niemożliwe do wykonania przy użyciu tradycyjnych metod produkcyjnych. Druk przestrzenny nie jest ograniczony przez konwencjonalne bariery produkcyjne, takie jak formy czy narzędzia, co umożliwia tworzenie innowacyjnych projektów. Pozwala to inżynierom i projektantom na eksplorację nowych możliwości oraz realizację bardziej zaawansowanych koncepcji, które wcześniej były poza ich zasięgiem.
W kontekście technologii druku 3D powiedzenie „Sky is the limit” nabiera szczególnego sensu. Za pomocą drukarki przestrzennej można bowiem wydrukować wszystko, ogranicza nas tylko wyobraźnia. To jedna z największych zalet druku 3D – możliwość tworzenia produktów dostosowanych do indywidualnych potrzeb użytkowników. Na przykład obudowy do urządzeń elektronicznych, czy komponenty słuchawek mogą być drukowane na zamówienie, z uwzględnieniem preferencji dotyczących kształtu, koloru i wzornictwa. Dzięki
temu produkty mogą być bardziej ergonomiczne, części spersonalizowane, przez co lepiej odpowiadają wymaganiom odbiorców.
Redukcja kosztów i optymalizacja produkcji
Tradycyjne metody produkcji często wiążą się z tworzeniem kosztownych form i narzędzi, co podnosi koszty produkcji, zwłaszcza w przypadku małych serii. Druk 3D eliminuje formy, co w oczywisty sposób redukuje koszty. Ponadto, drukowanie addytywne pozwala na optymalizację procesów produkcyjnych poprzez redukcję ilości odpadów i zużycia materiałów. W przypadku tradycyjnej produkcji, np.: bardzo często generują się duże ilości odpadów materiałowych, które są nie tylko kosztowne, ale także szkodliwe dla środowiska.
Proces wytwarzania przyrostowego umożliwia tworzenie obiektów warstwa po warstwie, co minimalizuje straty materiałowe. W kontekście produkcji elektroniki dobrym przykładem może być produkcja obudów do urządzeń elektronicznych, gdzie druk 3D pozwala na dokładne dopasowanie formy do funkcji, eliminując zbędne elementy i zmniejszając zużycie surowców.
Zrównoważony Rozwój
Coraz częściej w druku 3D wykorzystywane są bioplastiki oraz materiały pochodzące z recyklingu, które zmniejszają negatywny wpływ na środowisko. Dzięki temu produkcja staje się bardziej ekologiczna, co jest szczególnie ważne w obliczu rosnących wymagań dotyczących zrównoważonego rozwoju. Przy zastosowaniu nowoczesnych materiałów mniejsza jest też waga, co przekłada się na poprawę zastosowania urządzenia.
Dodatkowo, proces ten często wymaga mniej energii i surowców, co zmniejsza ogólny ślad ekologiczny w produkcji. Tradycyjne metody, takie jak odlewanie czy wtryskiwanie, wymagają dużych ilości energii do przetworzenia i formowania materiałów. Druk 3D, w szczególności przy użyciu nowoczesnych technologii, takich jak drukowanie z metalu lub biokompozytów, może odbywać się przy znacznie niższym zużyciu energii.
Czy zastosowanie druku przestrzennego to same zalety?
Pomimo licznych zalet, druk 3D w produkcji elektroniki stoi przed kilkoma wyzwaniami. Jednym z głównych problemów jest trwałość i niezawodność drukowanych komponentów, zwłaszcza w kontekście długotrwałego użytkowania i eksploatacji. W niektórych przypadkach konieczne może być stosowanie tradycyjnych technik obróbki wykończeniowej, aby osiągnąć pożądane właściwości.
Drukowane części sprawdzają się przy prototypowaniu, przy druku mniejszych serii, zwykle 50 – 100 sztuk, niezbędnych w procesie testowania. Przy większych, hurtowych ilościach koszty druku będą znacznie większe niż w przypadku form wtryskowych.
Ponadto, koszty materiałów przewodzących i specjalistycznych drukarek 3D mogą być wysokie, co ogranicza dostępność tej technologii dla mniejszych firm. Dodatkowo, większość dostępnych drukarek 3D ma ograniczenia co do wielkości drukowanych obiektów. Duże prototypy mogą wymagać drukowania w częściach i późniejszego montażu, co może wpływać na integralność strukturalną i dokładność.
Jednakże, ciągłe innowacje i dynamiczny rozwój technologii druku 3D oraz materiałów przewodzących dają nadzieję na przezwyciężenie tych wyzwań. W przyszłości druk 3D ma potencjał, aby stać się standardową metodą produkcji w branży elektronicznej, oferując nowe możliwości projektowania i personalizacji produktów. Technologia ta może również przyczynić się do bardziej zrównoważonego rozwoju, poprzez redukcję odpadów i optymalizację zużycia zasobów. Możemy się zatem spodziewać, że druk 3D stanie się jeszcze bardziej wszechobecny w procesie prototypowania, a tym samym przyspieszy proces produkcji.
