OK We use cookies to enhance your visit to our site and to bring you advertisements that might interest you. Read our Privacy and Cookies policies to find out more.

News Poland

Wydruk 3D czaszki pacjenta.
0 Comments Apr 22, 2017 | News Poland

Druk 3D – rewolucja technologiczna czy moda na sukces?

Post a comment by Robert Michalik

Technologia przyrostowa (additive manufacturing) znana jest od 30 lat. Początkowo drukarki 3D spełniały rolę narzędzi do prototypowania. Potrzeby rynku zmusiły wielu producentów do konstrukcji urządzeń o większym spectrum zastosowania, oprócz wspomnianego wykonywania prototypów współczesne drukarki 3D gotowe są do seryjnej produkcji.

W obliczu globalizacji świata, współczesny przemysł wymaga urządzeń, które obniżą koszty produkcji, zdecydowanie skrócą czas przygotowania technologii oraz pozwolą produkować krótkie serie bez potrzeby angażowania ogromnych nakładów finansowych w ich wytworzenie.


Czym naprawdę zaskakują drukarki 3D?

Coroczne raporty rynków finansowych pokazują, że inwestowanie w druk 3D z roku na rok wzrasta o 20%. To zachęca inwestorów i producentów do rozwoju tej branży. Dzisiejsze technologie oparte na frezowaniu czy toczeniu w maszynach CNC powoli odejdą do lamusa na rzecz maszyn hybrydowych, które będą mogły budować zadany kształt i jednocześnie obrabiać powierzchnie.

Druk 3D opiera się na kilku technologiach opatentowanych przez ich twórców. Zasadniczo możemy dokonać podziału pomiędzy drukiem w tworzywach sztucznych i metalach. Współczesne drukarki wykorzystują technologię FDM (fused deposition modelling) opartą na miejscowym topieniu filamentu, jak również bardziej zaawansowane technologie SLS (Selective Laser Sintering) oraz SLA (stereolitografia). W technologii przyrostowej metalu możemy dokonać wyróżnienia technologii SLS (Selective Laser Sintering), SLM (Selective Laser Melting) oraz LMD (Laser Metal Deposition). Każda z tych technologii ma swoje wady i zalety, ale istotnym jest, aby była odpowiednio zastosowana do wymaganego procesu.

Drukarki w większości opierają się na działaniu lasera względem różnych materiałów. Spiek laserem tworzyw sztucznych, utwardzanie żywic światłem lasera czy topienie miejscowe proszków metali to tylko niektóre procesy, jakie występują w procesie drukowania. Aby proces przebiegał prawidłowo, musimy dobrać odpowiednie parametry takie, jak: moc i rozmiar plamki lasera, szybkość przesuwu rozgarniacza, czas ekspozycji lasera czy chociażby wielkość platformy roboczej, na której nastąpi proces spieku.

Współczesne drukarki mogą z powodzeniem służyć jako maszyny produkcyjne i działać w takich obszarach, jak przemysł lotniczy, kosmiczny, gazowo-olejowy, motoryzacyjny, stoczniowy czy medyczny. Ważne jest, aby wytworzyć produkt o jednolitej strukturze budowy bez łączeń i spawów, z prawidłowym zagęszczeniem wewnątrzkrystalicznym, produkt dedykowany i niepowtarzalny, a więc wykonywany często jednorazowo bez wdrażania do produkcji seryjnej.

Druk 3D w medycynie

Względem danych z rynku 3D, przemysł medyczny stanowi obecnie ok. 25 % całego rynku zastosowania drukarek 3D. Inne źródła podają, że ok. 20% elementów kostnych pacjenta jest obecnie drukowana lub frezowana w technologii CNC. Ten dynamiczny rozwój podyktowany jest potrzebą wykonywania personalizowanych „części zastępczych” dla pacjenta bez podnoszenia kosztów produkcji. Współczesny pacjent to człowiek bardzo aktywny fizycznie, uprawiający sport, korzystający z wielu nowych form spędzania wolnego czasu. Wiąże się to z większą potrzebą rehabilitacji.

Aplikacje dla druku 3D w medycynie mogą z powodzeniem obsłużyć takie dziedziny, jak: ortopedia, otolaryngologia, stomatologia czy kardiologia. Nieodzownym staje się wykorzystanie druku 3D jako pomocy dydaktycznych dla studentów czy diagnostyki przedoperacyjnej.

Druk 3D wychodzi naprzeciw niedoskonałości, jakie do tej pory napotykano przy produkcji indywidualnej. Istotnym czynnikiem ograniczającym produkcję personalizowaną były zbyt wysokie koszty przygotowania produkcji, czasem zbyt wysokie, aby wykonać jeden projekt. Dlatego nowa era oparta na technologiach przyrostowych opiera się przede wszystkim na minimalizacji czasu produkcji, obniżeniu kosztów prototypowania i wdrożenia, ograniczeniu kosztów materiałowych, eliminacji odpadów i ochronie środowiska.

Stomatologia a druk 3D

Rozwój technologii cyfrowej w stomatologii w ostatnim 10-leciu zdecydowanie przyspieszył. Diagnozowanie oraz produkcja gotowych elementów protetycznych opiera się głównie na technikach digitalnych. Sposób, w jaki obecnie produkujemy wyzwala potrzebę zastosowania druku 3D. Aby przybliżyć tok rozumowania, przeanalizujemy proces wykonania oparty na skanowaniu wewnątrzustnym.

Wytworzony przez lekarza dentystę plik poddawany jest kolejnym metamorfozom w programach, których zadaniem jest wytworzenie rzeczywistego modelu pola protetycznego. Część prac protetycznych będzie wymagała wytworzenia rzeczywistego modelu roboczego. Możemy wykonać to poprzez frezowanie w maszynie CNC albo przez wydrukowanie w drukarce 3D. Jeżeli porównamy koszty i czas produkcji, to zdecydowanie druga metoda wygrywa.

Kolejny proces, który wykorzystuje druk 3D to wytwarzanie struktur metalowych do napalania ceramiki. Dotychczas większość tego typu prac była frezowana lub odlewana. Jak wiemy z doświadczenia, obie metody miały wady i zalety.

Jeszcze kilka lat temu nikt nie zakładał, że metal będzie produkowany za pomocą drukarek 3D. Uzyskiwany w ten sposób wyrób w niczym nie ustępuje frezowaniu (gęstość na poziomie 99,95 %/), a na pewno wyprzedza technologię odlewu. Koszty produkcji są znikome, czas produkcji w zależności od platformy pozwala nam w procesie 6-godzinnym wytworzyć 80-600 punktów (koron i mostów). Czy jakakolwiek frezarka jest w stanie w tym samym czasie wyprodukować taką liczbę prac protetycznych?

Druk 3D otwiera nowe horyzonty dla pracy w metalach szlachetnych. Drukarka włoskiej firmy SISMA, która pozwala drukować w złocie pokazuje kierunek rozwoju dla współczesnej techniki dentystycznej. Zbyt droga forma obróbki w maszynach CNC ze względu na duże straty materiału skutecznie wyeliminowała metale szlachetne ze świata CAD/CAM, jednak możliwości techniki przyrostowej, ograniczając zużycie złota tylko do zadanego kształtu, szeroko otwierają drzwi do stosowania tego materiału w pracach cyfrowych. Proces budulcowy odbywa się na płycie szklanej tak, aby nie było strat materiałowych przy usuwaniu „suportów” z płyty metalowej.

Trwają zaawansowane prace nad tym, aby drukować w ceramice. Obecnie mamy już na rynku drukarki, które wykorzystują takie materiały, jak: tlenek cyrkonu, tlenek aluminium, hydroksyapatyt. Możliwe jest drukowanie pojedynczych koron oraz struktur kostnych, jednak nadal brakuje materiałów do produkcji wysokoprzeświecalnych elementów pod rozległe konstrukcje protetyczne. Pozostaje kwestią czasu, kiedy będziemy mogli wydrukować prace pełnoceramiczne w różnych kolorach w technologii „Multi Jet”, jaką zaprezentowała firma HP. Jest to obecnie najszybsza drukarka na świecie używająca 250 000 igieł w jednym procesie, rozdzielając kolory na poszczególne partie wydruku!!!

Rynek drukarek 3D dedykowanych branży medycznej oferuje zarówno maszyny przemysłowe, jak i urządzenia o zastosowaniu komercyjnym. Przyszły użytkownik powinien dokładnie określić swoje potrzeby, a zakup drukarki mocno przeanalizować. Główne założenia to: wybór technologii: SLA czy SLS, a może DLP w drukowaniu tworzyw sztucznych, wielkość platformy roboczej mająca wpływ na zdolność produkcyjną, rozdzielczość drukowania w osi X, Y, Z, moc lasera, dokładność plamki lasera, żywotność lasera. Dodatkowo, w drukowaniu metalu należy uwzględnić możliwość recyklingu użytego materiału, szybkość wymiany na inny materiał, monitorowanie procesu spiekania czy topienia.

W większości małych drukarek zdolności produkcyjne są ograniczone do 5-7 modeli w procesie 6-godzinnym przy założeniu dokładności wydruku na poziomie 100 mikronów, zwiększenie dokładności wydruku do 50 mikronów wydłuża czas wydruku do 12 godz. Pamiętajmy też o kosztach eksploatacji lasera i kosztach zakupu materiału. Laser posiada określoną żywotność mierzoną w godzinach. Warto, aby sprzedawca poinformował, ile czasu pracy ma dany laser i jaki system sprawdza jego skuteczność działania, bowiem słabsza moc lasera oznacza nieprawidłowe utwardzenie czy spieczenie materiału.

Drukarki profesjonalne posiadają system kontroli każdego parametru podczas wydruku, a więc moc lasera, rozdzielczość XYZ, poziom platformy roboczej, zagęszczenie wewnętrzne itp. Koszt takich urządzeń, niestety, jest zdecydowanie wyższy od ceny małej drukarki. Decyzja o wyborze urządzenia musi zawierać odpowiedź, czy produkuję dla siebie, czy produkuję dla innych podmiotów, czy koszty produkcji z uwzględnieniem napraw i amortyzacji są adekwatne do ceny, jaką dostanę od zewnętrznego, większego wytwórcy? Czasami chęć posiadania własnego urządzenia, by stać się niezależnym, nie idzie w parze z nakładami finansowymi, jakie w tym celu ponosimy.

Producenci drukarek dedykowanych stomatologii, jak SISMA, Concept Laser czy EOS prześcigają się w pomysłach na to, by ułatwiać produkcję i przyspieszyć postprocesing. SISMA opatentowała system platformy, która współdziała z każdą maszyną z uchwytem 98 mm. Wystarczy wydrukować elementy z lekkim nadmiarem, a następnie przenieść je do maszyny CNC celem dalszej obróbki wykańczającej. W ten sposób możemy wykonywać wydruki prac implantologicznych tak, aby proces frezowania wykonał polerowanie części wchodzącej w implant. System ułatwia pozycjonowanie platformy wyjętej z drukarki w maszynie CNC, nie wymaga dodatkowych programów, jedynie zmian w używanym CAM. Innowacją jest możliwość drukowania stopów złota. Wszystkie wymienione firmy oferują takie rozwiązania.

Ostatnio wiele firm implantologicznych chce wykorzystać druk 3D do formowania powierzchni zewnętrznej implantu. Dotychczas metoda porowacenia części osteointegracyjnej była możliwa za pomocą trawienia i powlekania. Sterowane zagęszczenie metalu podczas druku otwiera nową erę powierzchni w zależności od tego, czy potrzebujemy struktury gąbczastej, czy gładkiej.

Jak widać, możliwości druku 3D są nieograniczone. Możemy wykonywać najbardziej skomplikowane formy bez obaw, czy nasza maszyna sprosta zadaniu. Możemy wykonywać krótkie serie bez konieczności inwestowania w oprzyrządowanie. Jednak głównym przesłaniem jest potrzeba wytwarzania produktów indywidualnych, personalizowanych. To, co kiedyś było luksusem staje się standardem!

Autor:
Tech. dent. Robert Michalik – w 1987 r. ukończył Wydział Techniki Dentystycznej. Po 2 latach pracy w pracowni Akademii Medycznej w Warszawie otworzył swoje laboratorium Inter-Dent w Warszawie, którym kieruje do obecnej chwili. W 2003 r. jako pierwszy w Polsce rozpoczął pracę systemami CAD/CAM.

Kontakt:
Inter-dent
ul. Pustułeczki 23, 02-811 Warszawa
Tel.: (22) 651 56 45
www.inter-dent.pl
www. robocam.info
E-mail: r.michalik@robocam.info
 

Post a comment Print  |  Send to a friend
0 Comments
Join the Discussion
All comments are subject to approval before appearing. Submit Comment