Części do maszyn z druku 3D

Dodano: 13 paź 2021

Części do maszyn z druku 3D – kiedy warto wykonać zamiennik?

Uszkodzona część maszyny nie zawsze jest dostępna jako gotowy zamiennik. Producent może zakończyć jej sprzedaż, termin dostawy może być nieakceptowalny albo zakup pojedynczego elementu może wymagać zamówienia całego zespołu.

W takich sytuacjach jedną z możliwości jest wykonanie części zamiennej metodą druku 3D.

Nie oznacza to jednak prostego schematu: „mamy uszkodzony element, więc go drukujemy”. Najpierw trzeba ustalić, jaką funkcję pełni część, w jakich warunkach pracuje i czy technologia addytywna jest odpowiednia do tego zastosowania.

Najpierw funkcja części, później sposób wykonania

Wygląd elementu to tylko część informacji.

Przed wykonaniem zamiennika trzeba wiedzieć między innymi:

• co część robi,
• jak jest zamocowana,
• czy przenosi obciążenia,
• czy porusza się podczas pracy,
• z jakimi elementami współpracuje,
• w jakiej temperaturze pracuje,
• czy ma kontakt z olejem, smarem, chłodziwem lub chemikaliami,
• które wymiary są krytyczne.

Prosta osłona przewodu i koło pracujące w przekładni mogą mieć podobny rozmiar, ale wymagania wobec nich są zupełnie inne.

Dlatego materiału i sposobu wykonania nie powinno się dobierać wyłącznie na podstawie kształtu.

Masz gotowy model części? To najprostsza sytuacja

Jeżeli istnieje dokumentacja CAD albo gotowy model STL, STEP lub STP, można od razu ocenić geometrię pod kątem wykonania.

Trzeba wtedy przede wszystkim sprawdzić:

• wymiary,
• grubości ścian,
• otwory i pasowania,
• sposób montażu,
• materiał,
• warunki pracy.

Gotowy plik znacznie upraszcza proces, ale nadal nie odpowiada na wszystkie pytania.

Model mówi, jak część wygląda. Nie zawsze mówi, jak ma pracować.

Dlatego do wyceny warto dołączyć krótki opis zastosowania.

A jeśli modelu 3D nie ma?

W przypadku starszych maszyn dokumentacja może być niedostępna.

Czasem jedynym punktem wyjścia jest:

• uszkodzona część,
• zdjęcia,
• rysunek techniczny,
• szkic,
• podstawowe wymiary,
• dokumentacja maszyny.

Na tej podstawie można ocenić możliwość przygotowania modelu.

Proste elementy mogą zostać odtworzone na podstawie pomiarów. Bardziej złożone geometrie mogą wymagać dodatkowego modelowania CAD, dokładniejszej dokumentacji albo skanowania 3D.

Zakres takich prac trzeba ustalić indywidualnie.

Jakie części do maszyn można wykonywać w druku 3D?

Druk 3D jest szczególnie przydatny przy elementach, które są nietypowe, trudno dostępne albo potrzebne w niewielkiej liczbie.

Przykładem mogą być:

• uchwyty,
• adaptery,
• dystanse,
• prowadnice,
• pokrętła,
• osłony,
• obudowy,
• maskownice,
• mocowania czujników,
• elementy prowadzenia przewodów,
• gniazda i podstawy,
• wybrane tuleje,
• elementy pomocnicze stanowisk produkcyjnych.

W niektórych projektach możliwe jest również wykonanie bardziej obciążonych części mechanicznych, ale takie zastosowanie wymaga znacznie dokładniejszej analizy.

Czy można wydrukować koło zębate?

Można wykonać koło zębate metodą druku 3D, ale samo stwierdzenie „koło zębate” nie wystarcza do oceny projektu.

Trzeba wiedzieć między innymi:

• jakie przenosi obciążenie,
• z jaką prędkością pracuje,
• z czym współpracuje,
• jak często działa,
• jaka jest temperatura,
• czy pracuje na sucho czy ze smarowaniem,
• jakiego materiału użyto w oryginale.

Koło używane do ręcznej regulacji mechanizmu to zupełnie inne zadanie niż element przekładni pracującej przez wiele godzin pod dużym obciążeniem.

Dlatego takich części nie należy kwalifikować do druku wyłącznie na podstawie ich geometrii.

Czy zamiennik musi być wykonany z tego samego materiału?

Niekoniecznie.

Jeżeli oryginalna część była wykonana metodą wtryskową z konkretnego tworzywa, nie oznacza to automatycznie, że materiał o tej samej nazwie zastosowany w druku 3D da identyczne właściwości.

Sposób produkcji wpływa na zachowanie gotowego elementu.

Czasem lepszym podejściem jest określenie wymagań:

• sztywność,
• odporność na uderzenia,
• temperatura,
• odporność chemiczna,
• elastyczność,
• odporność na ścieranie,

a dopiero później dobranie materiału i technologii.

Celem nie zawsze jest skopiowanie materiału oryginału. Celem jest wykonanie części, która spełni wymagania danego zastosowania.

Kiedy druk 3D części zamiennych ma szczególny sens?

Technologie addytywne są interesujące przede wszystkim wtedy, gdy potrzebna jest mała liczba części.

Typowa sytuacja to:

jedna uszkodzona część → brak dostępnego zamiennika → potrzebny pojedynczy egzemplarz lub kilka sztuk.

Wykonywanie formy produkcyjnej dla takiego zamówienia może nie mieć uzasadnienia.

Druk 3D pozwala natomiast przejść bezpośrednio od modelu cyfrowego do części bez przygotowywania dedykowanej formy.

Ma to znaczenie szczególnie przy:

• starszych urządzeniach,
• częściach wycofanych z produkcji,
• nietypowych maszynach,
• własnych konstrukcjach,
• elementach zmodyfikowanych względem oryginału.

Zamiennik nie zawsze musi być kopią 1:1

Odtwarzanie części daje możliwość poprawienia elementu, jeżeli oryginalna konstrukcja miała konkretny problem.

Można na przykład:

• zwiększyć grubość wybranego miejsca,
• zmienić sposób mocowania,
• dodać promień w miejscu pękania,
• zmodyfikować uchwyt,
• poprawić prowadzenie przewodu,
• dostosować element do nowego czujnika lub podzespołu.

Oczywiście każda taka zmiana wymaga oceny pod kątem funkcji części.

Nie zawsze dokładne skopiowanie starego elementu jest najlepszym rozwiązaniem.

Najpierw jedna sztuka, później więcej

Jeżeli część jest odtwarzana na podstawie starego elementu albo dokumentacji, rozsądne może być wykonanie najpierw egzemplarza testowego.

Pozwala to sprawdzić:

• pasowanie,
• otwory,
• sposób mocowania,
• ruch części,
• współpracę z otaczającymi elementami.

Po sprawdzeniu można wprowadzić poprawkę do modelu przed wykonaniem kolejnych sztuk lub krótkiej serii produkcyjnej.

To szczególnie ważne w przypadku części odtwarzanych bez oryginalnego modelu CAD.

Cyfrowy magazyn części zamiennych

Po zweryfikowaniu modelu można zachować go w formie cyfrowej.

Przy kolejnym zapotrzebowaniu nie trzeba ponownie odtwarzać geometrii.

Taki cyfrowy magazyn może mieć sens dla części:

• używanych sporadycznie,
• trudno dostępnych,
• stosowanych w starszych urządzeniach,
• potrzebnych w niewielkich ilościach.

Zamiast magazynować dużą liczbę fizycznych części, firma może zachować dokumentację i wrócić do produkcji wtedy, gdy element będzie rzeczywiście potrzebny.

Nie dotyczy to oczywiście każdego komponentu. W przypadku części krytycznych fizyczny zapas może nadal być konieczny.

Kiedy części do maszyny nie powinno się po prostu drukować?

Szczególnej ostrożności wymagają elementy związane z:

• bezpieczeństwem operatora,
• dużymi obciążeniami,
• wysokim ciśnieniem,
• wysoką temperaturą,
• układami bezpieczeństwa,
• elementami certyfikowanymi,
• konstrukcjami, których awaria może spowodować poważne uszkodzenie maszyny.

W takich przypadkach możliwość fizycznego wydrukowania geometrii nie jest wystarczającym argumentem za zastosowaniem części.

Trzeba uwzględnić wymagania całego urządzenia oraz odpowiedzialność za zmianę komponentu.

Części zamienne z druku 3D – od czego zacząć?

Jeżeli masz gotowy model części, najbardziej przydatne będą:

• plik STL, STEP lub STP,
• liczba sztuk,
• informacja o zastosowaniu,
• warunki pracy,
• istotne wymiary i pasowania.

Jeżeli modelu nie ma, można rozpocząć od zdjęć, dokumentacji i wymiarów.

Najważniejsze pytanie nie brzmi jednak: „czy da się to wydrukować?”

Lepiej zapytać:

„czy wydrukowana część będzie odpowiednia do tego konkretnego zastosowania?”

Dopiero na tej podstawie warto wybierać materiał i sposób wykonania.