Druk 3D – niskonakładowa produkcja przedmiotów z tworzyw sztucznych.

Wdrożenie do produkcji tworzyw sztucznych, lekkich, estetycznych materiałów pozwalających uzyskać skomplikowane kształty pozwoliło producentom na zredukowanie kosztów wielkonakładowego wytwarzania przedmiotów, komponentów i podzespołów.

Z biegiem lat tworzywa sztuczne zastąpiły tradycyjne materiały jak metal i drewno ze względu na swoją odporność i właściwości plastyczne oraz możliwość nieograniczonego personalizowania wykonanych z tworzyw obiektów.

Wraz z rozwojem technologii wytwarzania elementów z tworzyw sztucznych, wykonywanych głównie metodą wtrysku zaczęto zastanawia się nad alternatywą. Wtrysk, dość kosztowny przy zamówieniach niskonakładowych ze względu na wykonanie formy nie je by dobrym rozwiązaniem. W życie weszła technologia druku 3D.
Początkowo technologia dostępna jedynie dużym przedsiębiorcom ze względu na ceny maszyn drukujących, stopniowo weszła w posiadanie drukarzy-amatorów mogących przy odrobinie praktyki tworzyć niskonakładowe produkcje.

Obecnie najprostsze urządzenia do druku 3D kosztują od kilkuset złotych, są więc w zasięgu kieszeni każdego z nas. Drukarki te opierają się na technologii FDM, która popularność zyskała dzięki swojej prostocie obsługi i niskim kosztom eksploatacji.

W artykule postaram się przybliżyć zakres kosztów, z którymi musi liczyć się osoba decydująca się na wydruk elementów w technologii 3D.

Ceny wydru elementów w wyżej wspomnianej technologii rozpoczynają się już od kilku-kilkunastu złotych, w zależności od tego jaki sprzęt posiadamy, jakiej dokładności oczekujemy i jaki materiał zostanie wykorzystany do wydruku.

Skupiając się na doborze technologii musimy odpowiedzieć sobie na pytanie, jaka dokładność i wytrzymałość modelu finalnego nas interesuje, gdyż parametry te decydują o cenie wydruku. Nie bez znaczenia jest również poziom skomplikowania oraz gabaryt wytwarzanego tą technologią detalu. Ze względu na kształt i wielkość elementu wytwarzanego metodą druku 3D jedne technologie są bardziej odpowiednie do realizacji projektów od innych.

Głównym ograniczeniem jest wielkość pola roboczego maszyny, ale również precyzja samego mechanizmu drukującego.

Koszt druku 3D – podział na technologie

Biorąc pod uwagę znane technologie wytwarzania modelu 3D koszta rozpoczynają się już od kilku-kilkunastu złotych. Technologią, o której mowa jest FDM, najbardziej ekonomiczna i najmniej skomplikowana. Sposób polegający na wytłaczaniu uplastycznionego materiału podgrzewaną dyszą na stół roboczy i jego warstwowym układaniem ma kilka ograniczeń. W zależności od modelu 3D, FDM jest w stanie obsłużyć wydruki ze ścianką o grubości 1,5 mm, a dokładność powierzchni zamyka się w +/- 0,4 mm.

Koszt wydruku zależy głównie od zużycia materiału, dzięki opcji sterowania stopniem wypełnienia mamy wpływ na wytrzymałość detalu, ale również możliwość dostosowania kosztu wydruku. Im mniejsze zużycie materiału, tym mniejszy nakład pieniężny na produkcję.

Kolejną metodą druku jest SLS, polegający na laserowym spiekaniu proszku poliamidowego. Wydruki są koloru białego o lekko chropowatej, piaskowej powierzchni. Dzięki dużo wyższej dokładności technologii wynoszącej +/- 0,05mm warstwy w gotowym detalu są niewidoczne.

Ze względu na stopień skomplikowania technologii opierającej się na laserze dużej mocy, koszta eksploatacji urządzenia drukującego i ceny wydruku są dużo wyższe. Nabywając urządzenie SLS musimy się liczyć z cenami rozpoczynającymi się od kilkudziesięciu tysięcy złotych wzwyż. Niezbędny jest również osprzęt w postaci sprężarki i stacja do post-processingu, dlatego urządzenie to potrzebuje dużej przestrzeni do instalacji.

Elementy drukowane są komorowo, a więc cena uzależniona jest od gabarytu i ilości zużytego materiału, wliczony jest też koszt procesu druku uwzględniający działanie lasera.

Biorąc pod uwagę powyższe kryteria, cena pojedynczego elementu z druku SLS rozpoczyna się od kilkuset złotych.

Druk DLP, podobnie jak SLA polega na wytwarzaniu wydruków z materiałów światłoczułych tzw. fotopolimerów. W przypadku DLP utwardzanie żywic opiera się o projektor emitujący światło ultrafioletowe natomiast SLA jest to światło lasera. Największą różnicą między dwoma metodami jest więc sposób utwardzania, który decyduje o cenie urządzenia. Gotowe detale charakteryzują się dużą dokładnością wymiarową i gładką powierzchnią. Pomimo niskiej ceny eksploatacji maszyny, materiał jest bardzo drogi, a sposób kalibracji i ustawienia modelu 3D do druku nie jest przyjazny osobom rozpoczynającym przygodę z drukiem 3D. 
Obie technologie (SLA, DLP) pomimo swoich wielu zalet generują duże koszty, biorąc pod uwagę wcześniej wspomniane, konwencjonalne metody druku oraz przyjmując model cyfrowy o tych samych wymiarach, najdroższe jest wytworzenie go z żywic światłoczułych. Ceny rozpoczynają się od kilkuset złotych.

Technologia DMLS – wyjątek wydruku detali z metalu

Wyjątkiem w druku 3D jest technologia druku w metalu. Oparta na metodzie druku SLS polega na laserowym spiekaniu sproszkowanego metalu. Umożliwia produkcję elementów, których nie da się wytworzyć za pomocą powszechnie znanych metod obróbki metalu. Wydruki mogą funkcjonować finalnie jako części stosowane w różnych gałęziach przemysłu oraz medycynie.

DMLS ze względu na nieporównywalnie wyższe koszta do znanych do tej pory metod druku 3D nie jest zbyt popularny, monopol firm, które dysponują urządzeniami do wydruku z metalu windują ceny wysoko, a wykonanie drobnych elementów często mija się z opłacalnością. Wytworzenie drobnych elementów może oscylować w granicach od kilkuset do kilku tysięcy złotych.

Rozwój technologii a koszty druku

Ceny wraz z rozwojem technologii trójwymiarowego druku w przyszłości będą ulegać zmianie.
Konstruowanie nowych, ogólnodostępnych urządzeń będzie powodowało spadek cen wydruków,  być może w niedalekiej przyszłości urządzenie do trójwymiarowego wydruku znajdą swoje miejsce w każdym domu podobnie jak standardowe drukarki. Koszta w popularnych technologiach zostaną zredukowane więc do minimum opierającym się jedynie na zużyciu materiału.