Wdrożenia druku 3D w technologii oraz potencjalne zastosowania dla wojska

Druk 3D w ostatnich latach przeszedł ogromną metamorfozę. Z zamkniętej gałęzi biznesu, dzięki wygaśnięciu patentów, przerodził się w technologię dostępną dla mas. W Polskich mediach drukowanie przestrzenne jest przedstawiane jako narzędzie dla hobbystów, majsterkowiczów lub naukowców i zwykle (niestety) pomija się zastosowania profesjonalne.

W ostatnim czasie firma Volvo weszła we współpracę z jednym z liderów rynku druku 3D z polimerów – firmą Stratasys, co pozwoliło skrócić czas produkcji pewnych elementów aż o 94%. Teraz, zamiast czekać 30 dni na zestaw metalowych narzędzi służących montowaniu najnowszych modeli ze stajni szwedzkiego producenta, inżynierowie mogą dostać nowy zestaw już w 2-3 dni. Do tego koszty produkcji także znacząco spadły: ze 113€ za każdy cm3 na 1€/cm3. Kolejną firmą z branży motoryzacyjnej wykorzystującej druk 3D jest Ford. Przy pomocy tej technologii czas potrzebny na prototypowanie silnika w Fordzie Mustang skrócono 30-krotnie, a koszt zmalał ponad 166-krotnie. Poza tym, wydrukowane części takie jak: kolektor spalin, tarcze hamulcowe, kadłub przekładni hamulcowej czy osłonę tłumika można znaleźć w obecnie stosowanych modelach (Ford C-MAX Hybrid, Ford Fusion).

General Electrics wytwarza elementy silników turboodrzutowych o mniejszej masie (50%), co redukuje zużycie paliwa. Począwszy od tego roku największe samoloty pasażerskie (Airbus 320neo, Boeing 737MAX, COMAC C919) będą wyposażone w takie silniki. Z kolei Pratt&Whitney (firma zajmująca się produkcją silników odrzutowych) stosując tę technologię osiągnęła (podobnie jak GE) do 50% redukcji masy pojedynczych elementów oraz 15-miesięczną oszczędność czasu. Co więcej, również w rakietach wynoszących satelity na orbitę można znaleźć części produkowane na drukarkach. SpaceX wykorzystuje tę technologię do produkcji komór silnikowych oraz zaworów sterujących przepływem ciekłego tlenu przy dużych wibracjach. Oprócz tego drukowane elementy są powszechnie stosowane w mniej ważnych segmentach rakiet tej firmy.

W odległych lokalizacjach, z dala od cywilizacji powszechnym problemem jest dostęp do energii elektrycznej. Jest jej zazwyczaj tyle, ile mogą pomieścić baterie i akumulatory, które się przywiezie ze sobą. Transport ogniw słonecznych nie wszędzie zdaje egzamin ze względu na warunki pogodowe i jest raczej kłopotliwy z powodu dużej powierzchni ogniwa koniecznej do otrzymania odpowiedniego prądu. Rozwiązaniem może być turbina wiatrowa – jedna sztuka jest w stanie wygenerować prąd o napięciu ok. 5V, a możliwe jest połączenie wielu takich modułów w celu osiągnięcia większych napięć. Pojedyncza turbina po złożeniu ma wymiary 100cmx10cmx10cm – co ułatwia transport. Z drugiej strony, w celu zaopatrzenia wysuniętej bazy wystarczy drukarka, żeby zapewnić (dzięki turbinom) podstawowe źródło prądu.

Oprócz produkcji określonych elementów, wyżej wspomniane firmy (i wiele innych) wykorzystują potencjał druku 3D do otrzymywania i naprawy specjalistycznych narzędzi, których sprowadzenie lub naprawa wiąże się z nieakceptowalnymi kosztami.

Innym ciekawym zastosowaniem technologii druku 3D mogą być wkładki do butów. Wyjątkowość tkwi w możliwości personalizacji. Za pomocą skanera można zeskanować podeszwy stóp i takie obiekty wykorzystać jako negatywy przy projektowaniu wkładek. Wówczas, tak zaprojektowane wkładki można wydrukować w bardzo elastycznym materiale. W ten sposób otrzymane wkładki idealnie przylegają do stopy, co przekłada się na komfort w trakcie bardzo długich marszów. W dowolnej innej technologii, taka produkcja indywidualnie dopasowanych wkładek byłaby o wiele droższa niż cena samych butów.

Inną gałęzią produkcyjną o wielkim potencjale jest produkcja protez i implantów. Dotychczas leczenie ciężkich uszkodzeń układu kostnego wiązało się odbudowywaniem poszczególnych kości za pomocą wielu elementów składanych ze sobą na podobieństwo brakującego ubytku. Druk 3D umożliwia wykonanie jednoczęściowej protezy lub implantu o idealnie dopasowanym do danego przypadku kształcie. Tego typu zabiegi są już przeprowadzane. Np. w Łodzi wszczepiane są implanty czaszki w miejsca ubytków, a w Izraelu wszczepiono pacjentowi tytanową szczękę (styczeń 2015). W Afryce działa fundacja (3D Life Prints) drukująca protezy kończyn dla ofiar wypadków z udziałem uzbrojonych min lądowych pozostałych po licznych konfliktach zbrojnych.

Istnieje cała gama potencjalnych zastosowań druku 3D w wojsku:

  • produkcja specjalistycznych narzędzi w odległych lokalizacjach o utrudnionym dostępie,
  • drukowanie głowic pocisków – wykorzystanie geometrii dla lepszej celności, siły rażenia, bezpieczeństwa strzelców,
  • części do masek ochronnych, wykrywaczy materiałów wybuchowych, części do protez wykonywanych in situ, kierowanie fali uderzeniowej granatów,
  • wyeliminowanie elementów zwisających z pojazdów, ograniczenie ich wagi, zmniejszenie ilości elementów, a więc i ułatwienie serwisowania,
  • produkcja broni (Colt CM109 używany ze standardową amunicją stosowaną przez NATO)
  • ogólnie pojęte części zamienne, na które normalnie trzeba czekać wiele dni/tygodni (w Afganistanie były 2 drukarki w technologii FDM dostarczające elementy serwisowe).