MIESIE˛CZNIK NAUKOWO-TECHNICZNY

•

ORGAN STOWARZYSZENIA INZ

˙

YNIERO

´

W I TECHNIKO

´

W MECHANIKO

´

W POLSKICH

•

ROK LXXXI

* Prof. zw. dr inż. Kazimierz E. Oczoś jest pracownikiem nauko-

wym Katedry Technik Wytwarzania i Automatyzacji Politechniki Rze-
szowskiej i redaktorem naczelnym „Mechanika”.

Rosnące znaczenie Rapid Manufacturing

w przyrostowym kształtowaniu wyrobów

KAZIMIERZ E. OCZOŚ *

Główne trendy rozwojowe kształtowania przyrostowego.
Dokonania rozwojowe firm: DSM Somos, 3D Systems,
EOS, Stratasys, Dimension, Objet Geometries, Z Cor-
poration, Solidscape, Envisiontec, Voxeljet Technology,
MCP-HEK Tooling, Concept Laser i Hermle. Nowe mate-
riały i urządzenia oraz przykłady zastosowań.

Analiza obecnego stanu rozwoju kształtowania przyro-

stowego wskazuje wyraźnie, że koncentruje się on nadal
na dwóch nurtach podstawowych: szybkim opracowywa-
niu wyrobów i ich seryjnym wytwarzaniu.

W szybkim rozwoju wyrobów (Rapid Product Develop-

ment) dużą rolę odgrywa szybsze wykonywanie ich proto-
typów – RP (Rapid Prototyping) i możliwość szybszego
przeprowadzania ponownych badań ich funkcjonalności
z uwzględnieniem warunków produkcji seryjnej. We
wczesnych fazach rozwoju wyrobów byłoby niedorzecz-
nością posługiwanie się już prototypami części, w od-
niesieniu do których nie przebadano jeszcze wszystkich
wymagań dotyczących ich konstrukcji, geometrii czy
kształtu. Z tych też powodów muszą być opracowywane
nowe materiały, które byłyby nie tylko odpowiednie do
weryfikacji geometrii wyrobu, ale również umożliwiałyby
w początkowych fazach jego powstawania realizację tes-
tów funkcjonalnych oraz prób w warunkach zbliżonych do
występujących w praktyce. Ponadto RP sprawdza się
zwłaszcza w intensywnie rozwijanych zastosowaniach
biurowych poprzez szybszą budowę różnego rodzaju mo-
deli i wzorców z wykorzystaniem drukarek 3D. W znaczą-
cym stopniu wpłynęły na to obniżone ostatnio ceny tego
rodzaju urządzeń [1

÷ 3].

Głównym jednak obszarem zainteresowań kształtowa-

nia przyrostowego jest teraz szybkie wytwarzanie narzę-
dzi formujących – RT (Rapid Tooling) czy seryjnych,
gotowych do wbudowywania części – RM (Rapid Manufa-
cturing), które spełniają rzeczywiste funkcje, a przy tym
są do dyspozycji szybciej niż wykonywane technologiami
konwencjonalnymi. Szybkie wytwarzanie funkcjonalnych
części (RM) czy narzędzi formujących (RT) otwiera przed
użytkownikami urządzeń realizujących rapid-technologie
niezwykle zachęcające perspektywy. Mogą oni elastycz-
niej, i przy tym szybciej, reagować na wymagania odbior-
ców swoich wyrobów, a ponadto uzyskiwać korzyści wy-
nikające ze skrócenia czasu produkcji i obniżki kosztów.
Rapid-techniki obejmują bowiem tylko jeden lub co naj-
wyżej dwa stopnie procesowe oraz nie wymagają narzę-
dzi formujących wyrób ani przyrządów, a osiągane dzięki
nim oszczędności mogą być znaczące. Te bezsporne

zalety rapid-procesów – zwłaszcza w przypadku niezbyt
licznych partii wyrobów – stały się impulsem do podjęcia
badań zmierzających do opracowywania produkcji części
zintegrowanych, wielofunkcyjnych lub wielomateriało-
wych, w tym z tworzyw sztucznych wzmacnianych włók-
nami czy też z materiałów ceramicznych [1, 4].

Coraz więcej przedsiębiorstw skutecznie wdraża rapid-

-technologie w

małoseryjnym wytwarzaniu wyrobów

z tworzyw sztucznych. Małoseryjna produkcja wyrobów
z materiałów metalowych tą technologią nie wykazuje
jeszcze zbyt dużej liczby zastosowań, które byłyby kon-
kurencyjne w porównaniu z częściami wykonanymi spo-
sobami kształtowania konwencjonalnego (w tym głównie
ubytkowego). Niewątpliwą jednak zaletą tak wytwarza-
nych wyrobów jest możliwość zrealizowania praktycznie
każdego ich ukształtowania zewnętrznego i wewnętrz-
nego, a więc i takiego, które przy zastosowaniu konwenc-
jonalnych technik kształtowania nie byłoby możliwe do
wykonania. Natomiast problemem pozostaje jeszcze wy-
eliminowanie rozrzutu właściwości wyrobów, a tym sa-
mym doprowadzenie do stanu, by rapid-procesy zapew-
niały identyczność wyrobów i możliwość ich certyfikacji.
Również zwiększenie skali zastępowania dotychczasowej
techniki wytwarzania rapid-technologią jest uwarunkowa-
ne stabilnym zagwarantowaniem tolerancji kształtu wyro-
bów rzędu 0,01 mm i chropowatości powierzchni rzędu
0,001 mm. Wielce obiecujące prognozy na tym odcinku,
pozwalające istotnie zredukować przeszkody w szerszym
zastosowaniu procesów RT i RM, stwarza m.in. polero-
wanie plazmowe [5], stanowiące efektywny sposób
obróbki wykończeniowej wyrobów metalowych (stali szla-
chetnej, stopów tytanu, stopów chromu/kobaltu, stopów
aluminium itp.).

Ubiegłoroczne 14. Światowe Targi EUROMOLD 2007

we Frankfurcie n. Menem (5

÷ 8 grudnia 2007 r.) potwier-

dziły znaczące postępy kształtowania przyrostowego wy-
robów. Znalazło to przede wszystkim wyraz w rozszerze-
niu palety materiałów do rapid-technologii, nowych kon-
strukcjach urządzeń oraz doskonaleniu ich możliwości
wytwórczych. W niniejszym artykule zostały przedstawio-
ne najnowsze dokonania przedsiębiorstw wiodących na
świecie prym w rozwoju branży rapid-technologii, a to:
DSM Somos, 3D Systems, EOS, Stratasys, Dimension,
Objet Geometries, Z Corporation, Solidscape, Envision-
tec, Voxeljet Technology, MCP-HEK Tooling, Concept
Laser oraz Hermle (to ostatnie ze względu na opracowa-
nie nowego procesu RM).

DSM SOMOS

Firma DSM Somos (Elgin, IL, USA) opracowała pierw-

szą komercjalnie oferowaną żywicę syntetyczną do ste-
reolitografii (SL) pod oznaczeniem DMX-SL 100 (rys. 1),

242

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 1. Nowa żywica
do stereolitografii –
DMX-SL

100

firmy

DSM Somos jest od-
powiednia do wyro-
bów

wykonywanych

techniką Rapid Proto-
typing i Rapid Manu-
facturing

Rys. 2. Przykłady czę-
ści wykonanych z ży-
wicy DMX-SL 100 fir-
my DSM Somos: gór-
na obudowa telefonu
(u góry) i część wir-
niczka turbiny (u do-
łu)

Rys. 3. Przykłady części wykonanych z tworzywa DuraForm



HST

firmy 3D Systems

Rys. 4. Przykład funkcjonalnej części wykonanej z tworzywa Accura



48HTR firmy 3D Systems

nadającą się do zastosowań, w których wysoka trwałość
materiału ma decydujące znaczenie. DMX-SL 100 bazuje
na innowacyjnej technologii, która umożliwia wytwarzanie
żywic syntetycznych ze skrajnie wysoką: udarnością i wy-
sokim naprężeniem niszczącym. Z udarnością wynoszą-
cą do 0,8 J/cm i modułem sprężystości poprzecznej w za-
kresie 2000

÷ 2400 MPa ma sztywność standardowych

żywic syntetycznych, niejako naśladujących ABS, a zara-
zem wykazuje dwukrotnie wyższą udarność oraz wydłu-
żenie przy zerwaniu – aż do 20%. Ponieważ DMX-SL 100
ma właściwości zbliżone do tworzyw termoplastycznych,
metoda SL staje się bardziej przydatna do wykorzys-
tywania w procesach RM, tj. efektywnej kosztowo, bezpo-
średniej budowy wyrobów z tworzyw sztucznych bez
stosowania oprzyrządowania. Należy przy tym podkreś-
lić, że dostępne dotychczas na rynku żywice do SL
okazywały się – w porównaniu z tradycyjnymi tworzywami
technicznymi, jak polipropylen (PP), ABS, poliwęglan
(PC) czy nylon – bardziej kruche, co ograniczało ich
stosowanie w RM. O ile więc żywice SL potwierdziły

swoją przydatność do zastosowań w RP, to już w przypa-
dku RM mogły być wykorzystywane jedynie do tych
wyrobów, w odniesieniu do których ich trwałość nie miała
pierwszoplanowego znaczenia. DMX-SL 100 charaktery-
zują natomiast następujące cechy:

wysoka wytrzymałość – do czterech razy wyższa niż

standardowych materiałów SL,

trwałość – stałe właściwości nawet w przypadku

wysokich temperatur otoczenia i względnej wilgotności
powietrza,

mechaniczne właściwości – po raz pierwszy dorów-

nujące ważnym technicznie tworzywom, jak PP, ABS, PC
i nylon,

wysoka precyzja i estetyka powierzchni, którą od-

znaczają się materiały SL (rys. 2),

możliwość stosowania w technologii SL, jako alter-

natywy dla selektywnego spiekania laserowego (SLS)
i odlewania w próżni,

przydatność do wykorzystywania na urządzeniach

SLA z różnymi wielkościami budowanych modeli.

3D SYSTEMS Inc.

Firma 3D Systems Inc. (Valencia, CA, USA) rozszerzy-

ła rodzinę produkowanych przez siebie materiałów do
realizacji procesów SLS (DuraForm



, LaserForm



i Cast-

Form



), opracowując nowe tworzywo pod nazwą Dura-

Form



HST, określane również jako „materiał Rapid Ma-

nufacturing”. Dzięki innowacyjnej technologii wzmacnia-
nia materiału włóknami, DuraForm



HST jest technicz-

nym tworzywem do zastosowań, które wymagają pod-
wyższonej stabilności, sztywności i odporności tempera-
turowej. Jest też korzystniejszy kosztowo niż materiały
wzmacniane włóknem węglowym oraz wykazuje dobrą
dokładność i powtarzalność we wszystkich kierunkach
układu współrzędnych. Ten biały materiał (rys. 3) może

być łatwo przetwarzany, a wykonane z niego części
odznaczają się wysoką jakością powierzchni i dokładnoś-
cią szczegółów. Producent wyrobów, który zastosuje koń-
cowe ich szlifowanie lub inną obróbkę, może osiągnąć
dobre wyniki przy niewielkich nakładach.

3D Systems opracowała również nowe tworzywa do

stereolitografii (SL), a mianowicie Accura



48HTR i Ac-

cura



Xtreme. Accura



48HTR jest preferowane do za-

stosowań w trudnych termicznie warunkach, gdy wystę-
pują wysokie temperatury (do 130

°C) i wysoka wilgot-

ność powietrza. Dzięki tego rodzaju odporności nadaje
się do testów elementów samochodu „pod maską silnika”,
do wytwarzania długotrwałych mechanicznie i stabil-
nych części, do stosowania w elektronicznych zestawach,

244

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 5. Przykłady czę-
ści wykonanych z two-
rzywa Accura



Xtre-

me firmy 3D Systems

Rys. 6. Drukarka 3D typu InVision



XT 3-D Modeler firmy 3D Systems

Rys. 7. Przykład czę-
ści

wykonanej

na

urządzeniu InVision



XT 3-D Modeler firmy
3D Systems

w których zostaje wytwarzane ciepło, oraz do zastosowań
służących wizualizacji przepływów cieczy (rys. 4). Wraz
z wprowadzeniem na rynek tworzywa Accura



48HTR

firma 3D Systems spełniła wymagania użytkowników
w zakresie funkcjonalnego prototypowania i szybkiego
wytwarzania, a nawet je przewyższyła.

3D Systems ogłosiła również, że nowe, mocne i długo-

trwałe tworzywo Accura



Xtreme przeznaczone do urzą-

dzeń stereolitograficznych udowodniło swoje walory pod-
czas wstępnego wprowadzenia na rynek i w teście „beta”
u głównych użytkowników. Przedmioty wykonane z tego
materiału mają wygląd i stan powierzchni taki, jakby były
wytworzone formowaniem wtryskowym z trwałego two-
rzywa o wysokiej udarności. Accura



Xtreme, dzięki wy-

dłużeniu przy zerwaniu sięgającemu 22%, jest obecnie
jednym z najbardziej trwałych – zdaniem wytwórcy – ma-
teriałów stereolitograficznych na rynku. Charakteryzuje
się również niewielką lepkością. Ułatwia ona nie tylko
obsługę, ale też przyspiesza wytwarzanie, czyszczenie
i obróbkę wykończeniową, przy czym występujące braki
są niewielkie. Tworzywo to oferuje także dobrą odpor-
ność na działanie ciepła i wilgotności. Wykonane z niego
części nie są narażone na szybkie zużycie (rys.5).

Szeroki asortyment urządzeń do realizacji stereo-

litografii (Viper

TM

Pro SLA



, Viper

TM

SLA



i Viper

TM

HA

SLA



), selektywnego spiekania laserowego (Sintersta-

tion



HiQ SLS



, Sinterstation



Pro SLS



) oraz modelo-

wania 3D (InVision



LD 3-D Modeler, InVision



HR 3-D

Modeler, InVision



DP 3-D Modeler) firma 3D Systems

uzupełniła ostatnio o nową drukarkę 3D pod nazwą In-
Vision



XT 3-D Modeler (rys. 6).

Urządzenie InVision

XT 3-D Modeler umożliwia użyt-

kownikom szybką i efektywną budowę modeli 3D z ak-
rylanu o nazwie VisiJet



SR 200 bezpośrednio w warun-

kach biurowych. Dysponuje ono przestrzenią roboczą
w osiach X-Y-Z wynoszącą 298

× 185 × 203 mm i realizuje

metodę Multi-Jet Modeling (MJM) polegającą na selek-
tywnym nanoszeniu za pośrednictwem dysz warstw pod-
grzanego materiału i jego utwardzeniu promieniowaniem
ultrafioletowym. Wykonywane modele i prototypy odzna-
czają się wysoką rozdzielczością (rys. 7), funkcjonalnoś-

cią, a także długotrwałością i wykazują podczas wymaga-
jących warunków testowych wysoką odporność. Modele
mogą być budowane w różnych kolorach (biały, niebieski
lub antracytowy) i nadają się do wielu zastosowań (mode-
le koncepcyjne i poglądowe, prototypy funkcjonalne,
wzorce do odlewania w próżni i wytapiane modele w od-
lewaniu precyzyjnym). Konstrukcje podpierające (z mate-
riału VisiJet



S100) zostają roztopione po zakończeniu

fazy budowy modelu.

EOS GmbH

Firma EOS GmbH Elektro Optical Systems (Krailling,

Niemcy) – światowy lider w produkcji urządzeń do proce-
sów SLS – opracowała do ich realizacji cztery nowe
tworzywa sztuczne o specjalnych właściwościach mecha-
nicznych, które zostaną udostępnione w pierwszym pół-
roczu 2008 r.

PrimePart DC jest nowym poliamidem, o naturalnej

barwie, który wykazuje dużą udarność i wydłużenie przy
zerwaniu aż do 50%. Jest to dwukrotnie wyższa wartość
w stosunku do dotychczas stosowanych materiałów. Inne
właściwości PrimePart DC, jak wytrzymałość na rozciąga-
nie równa 48 MPa i moduł sprężystości podłużnej wyno-
szący 1550 MPa są porównywalne z parametrami znane-
go już materiału PA 2200 [6]. Ponieważ nowe tworzywo
nie jest wrażliwe, szczególnie na uderzenia, można się
spodziewać jego szerszych zastosowań w przemyśle
samochodowym, a zwłaszcza na komponenty montowa-
ne w kabinie samochodu.

246

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 8. Pomniejszony
model urządzenia kli-
matyzacyjnego wyko-
nany z materiału PA
2203 grey na urządze-
niu FORMIGA P 100
firmy EOS

Rys. 9. Wkładka formująca służąca do chłodzenia narzędzi do for-
mowania wtryskowego: na lewo – przedstawienie CAD ukazujące
złożoną geometrię wewnętrzną; na prawo – wkładka wykonana
z pomocą metody DMLS z materiału MaragingSteel MS1 (firma
EOS/LBC)

Rys. 10. Lampa stołowa „Chaos.MGX” wykonana z poliamidu metodą
SLS o bardzo złożonej konstrukcji ekranującej światło, która w spo-
sób konwencjonalny nie byłaby możliwa do wytworzenia (firma
EOS/Materialise)

Kolejnym, nowym tworzywem jest PrimePart ST, sta-

nowiące termoplastyczny elastomer, osiągający wydłuże-
nie przy zerwaniu aż do 250%. Wyroby z tego materiału
są budowane w procesie SLS gazoszczelnie, co powodu-
je, że końcowa infiltracja jest zbyteczna i jest możliwość
ich bezpośredniego stosowania. Nie jest to obecnie moż-
liwe w odniesieniu do żadnego elastycznego materiału
wytwarzanego kształtowaniem przyrostowym. Potencjal-
nymi zastosowaniami PrimePart ST są podeszwy butów,
mieszki sprężyste, uszczelnienia i węże.

Nowymi, barwnymi poliamidami są PA 2202 black

i PA 2203 grey. Czarne pigmenty zawarte w PA 2202
black całkowicie przebarwiają materiał, co powoduje, że
wyroby są nieczułe na zadrapania, ścieranie i zanieczysz-
czenia. Z tego względu nadają się szczególnie do stoso-
wania w sytuacjach, w których występują mechaniczne
obciążania i intensywne zanieczyszczenia. Czarny poli-
mer będzie też pierwszym wyborem w tych branżach
przemysłowych, którym zależy na różnobarwnym wyglą-
dzie komponentów, np. w zastosowaniach „pod maską

silnika”. Alternatywą jest poliamid w kolorze jasnopopiela-
tym – PA 2203 grey (rys. 8).

Na Targach EUROMOLD 2007 firma EOS pokazała

przykłady zastosowań materiału MaragingSteel MS1 [7],
tj. stali z utwardzonym wydzieleniowo martenzytem, wy-
korzystywanej w procesie DMLS (Direktes Metall Laser-
Sintern) w postaci drobnego proszku. Jej skład chemicz-
ny odpowiada europejskiej klasyfikacji 1.2709. Odznacza
się ona dobrymi mechanicznymi właściwościami, jak też
prostą obróbką cieplną. Przez dodatkowe hartowanie
osiąga wytrzymałość aż do

∼ 1950 MPa i twardość w za-

kresie 50

÷ 54 HRC.

Jednym z zastosowań MaragingSteel MS1 było stwo-

rzenie – wspólnie z firmą usługową LBC GmbH – wkładek
formujących, służących do celowego chłodzenia względ-
nie wyrównywania temperatury narzędzi do formowania
wtryskowego (rys. 9), wyposażonych w cienkie kanały
chłodzące, usytuowane w pobliżu ich konturów, zmniej-
szające zarówno niebezpieczeństwo skrzywienia się wy-
praski wtryskowej, jak i czas cyklu. Innym, spektakular-

nym przykładem zastosowania metody SLS była kolekcja
.MGX wyrobów, zrealizowana przez największą firmę
usługową w branży RP i RM – Materialise N.V. (Leuven,
Belgia). Lampa stołowa z tej kolekcji, nazwana „Cha-
os.MGX”, została wykonana z bardzo złożoną konstruk-
cją ekranu światła lampy z poliamidu (rys. 10), którego nie
można by wytworzyć metodami konwencjonalnymi [8, 9].

STRATASYS Inc.

Firma Stratasys Inc. (Minneapolis, MN, USA) zapre-

zentowała nowe urządzenie z typoszeregu FDM ...mc
w postaci FDM 900mc

TM

(rys. 11), które uzupełniło do-

tychczasowe modele FDM 200mc

TM

[2] i FDM 400mc

TM

.

Służy ono do bezpośredniego wytwarzania modeli, proto-
typów, przyrządów i wyrobów z materiałów termoplas-
tycznych, jak ABS-M30, PC i polisulfon fenylenu (PPSU)
metodą FDM. Nowy materiał ABS-M30 ma lepszą
wytrzymałość na rozciąganie, udarność oraz wytrzyma-
łość na skręcanie w porównaniu ze standardowymi ABS.

248

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 11. Urządzenie FDM 900mc

TM

firmy Stratasys do realizacji

rapid-technik (RP, RT, RM) metodą FDM

Rys.12. Urządzenie FDM 400mc

TM

firmy Stratasys

Rys. 13. Wielomateriałowa drukarka 3D typu Connex500

TM

firmy

Objet Geometries

Zostało wyposażone w dużą przestrzeń roboczą o wy-
miarach 914

× 609 × 914 mm (X-Y-Z) oraz zmodyfikowa-

ną mechatronikę i firmowe oprogramowanie (2 pakiety
Insight

TM

i FDM Control Center

TM

), stanowiące podstawę

dla osiąganej wysokiej niezawodności, większej szybko-
ści budowy modelu bez utraty jakości, dokładności pozy-
cjonowania i powtarzania.

Na urządzeniu FDM 900mc

TM

można wytwarzać wyro-

by również w technice RM, podobnie jak czyni to dys-
trybutor urządzeń firmy Stratasys – firma Alphacom
GmbH (Schorndorf), która na urządzeniu FDM 400mc

TM

,

z powierzchnią roboczą 355

× 254 × 254 mm i przetwa-

rzanymi materiałami ABS-M30, PC, PPSU oraz PC-
ABS, produkuje kilka części jego obudowy, w tym przy-
słony wyświetlaczy (rys. 12). FDM 400mc

TM

jest szybsze

od pozostałych modeli do 30%, przy czym opcjonalny
jego obszar roboczy może wynosić 406

× 356 × 406 mm.

DIMENSION 3D PRINTING

Firma Dimension 3D Printing (Eden Prairie, MN, USA)

jest przedsiębiorstwem handlowym firmy Stratasys oferu-
jącym drukarki 3D: Dimension 768 SST/BTS [10], Dimen-
sion 1200 SST/BTS [10] i Dimension Elite [2]. Według
danych z raportu Wohlera [11] firma Dimension zwięk-
szyła w 2006 r. swój udział w rynku, wyrażany liczbą
sprzedanych na świecie drukarek 3D, osiągając poziom
51% w stosunku do 43% uzyskanych w 2005 r. W 2006 r.
wszyscy producenci drukarek 3D sprzedali łącznie 3018
urządzeń, przy czym 1559 urządzeń było produkcji firmy
Dimension. Świadczy to o rosnącym popycie na drukarki
3D, spowodowanym ich wysokim standardem i przystęp-
ną ceną.

W najnowszym na rynku produkcie firmy – Dimension

Elite stosowane jest tworzywo ABS plus, do 40% wy-
trzymalsze od standardowego ABS oraz umożliwiające
testowanie kształtu i funkcji nawet najmniejszych modeli.

OBJET GEOMETRIES Ltd.

Firma Objet Geometries Ltd. (Rehovot, Izrael) uzupeł-

niła typoszereg swoich urządzeń Eden [1, 5, 9] o nową
wielomateriałową drukarkę 3D pod nazwą Connex500

TM

(rys. 13), która pozwala na jednoczesne zastosowanie

kilku materiałów z różnymi mechanicznymi lub fizycznymi
właściwościami. Dysponuje ona przestrzenią roboczą
netto (maksymalnymi wymiarami wyrobu) wynoszącą
490

× 390 × 200 mm (X-Y-Z) z rozdzielczością budowy

odpowiednio w tych osiach: 600–600–1600 dpi. Minimal-
na grubość nakładanych warstw (oś Z) może sięgać
16

µm, a typowo uzyskiwana dokładność wymiarów za-

wiera się w granicach 0,1

÷ 0,3 mm. Bazuje ona na tech-

nologii PolyJet Matrix

TM

[6], za której pomocą można

jednocześnie nanosić na wytwarzany wyrób dwa różne
materiały modelowe (rys. 14). Dzięki temu stosowane
materiały (Digital Materials

TM

) można przetwarzać w ru-

chu ciągłym w materiały kompozytowe.

Connex500

TM

otwiera zatem jedyną w swoim rodzaju

możliwość, aby części (lub nawet zmontowane zespoły),

250

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 14. Blok drukujący technologii PolyJet Matrix

TM

zbudowany

z 8 głowic drukujących: głowice 1 i 2 drukują model A, głowice
3 i 4 drukują model B, a głowice 5

÷ 8 wykonują konstrukcje pod-

pierające

Rys. 15. Przykłady wyrobów wykonanych na urządzeniu Connex
500

TM

w postaci elementów maszynek do golenia

Rys. 16. Kolorowa drukarka 3D typu ZPrinter



450 firmy Z Cor-

poration

Rys. 17. Przykłady modeli wykonanych na drukarce ZPrinter



450

firmy Z Corporation

które powstają z odmiennych materiałów, trójwymiarowo
„drukować” w jednym, wspólnym procesie. Przez zasto-
sowanie różnych materiałów można dokonywać symulacji
wyrobu końcowego, tak zbliżonej do stanu rzeczywistego,
jak nigdy przedtem. W ten sposób daje się bardzo do-
kładnie emulować optyczną percepcję i funkcje później-
szego wyrobu końcowego, co dodatkowo jest wspomaga-
ne przez użycie odpowiednich materiałów. Kolejną zaletą
drukarki 3D Connex500

TM

jest możliwość wytwarzania

materiałów kompozytowych o ściśle zdefiniowanych wła-
ściwościach mechanicznych, charakteryzujących się gła-
dkimi, trwałymi i oddającymi szczegóły powierzchniami
(rys. 15).

Drukarka 3D Connex500

TM

firmy Objet Geometries

została wyróżniona główną, złotą nagrodą na Targach
EUROMOLD 2007 we Frankfurcie n. Menem.

Z CORPORATION

Firma Z Corporation (Burlington, MA, USA) rozszerzyła

spektrum produkowanych urządzeń (Z Printer



310 Plus

i Spectrum Z

TM

510 [6] ) o nową barwną drukarkę 3D typu

Z Printer



450 (rys. 16). Pozwala ona wykonywać modele

o wymiarach 203

× 254 × 203 mm (X-Y-Z) za pomocą

nakładania 2

÷ 4 warstw/min o grubości w zakresie

0,089

÷ 0,102 mm. Została ona wyposażona w dwie głowi-

ce drukarskie – trójbarwną i przezroczystą (bezbarwną).

Z Printer



450 drukuje efektowne modele barwne z za-

stosowaniem oszczędzającej czas automatyzacji i w rela-

tywnie prostszym procesie. Może być ona wykorzystywa-
na w różnych branżach, w których tego rodzaju modele
są szczególnie przydatne: poczynając od modeli kon-
strukcyjnych, prototypów i projektów architektonicznych
aż po zastosowania w edukacji, medycynie czy sztuce
(rys. 17). Dzięki innowacyjnym właściwościom tworzy
– zdaniem wytwórcy – nowy standard w odniesieniu do
przydatności biurowej oraz eliminuje niemal wszystkie
niebezpieczeństwa, braki, szumy i problemy z usuwa-
niem odpadów, które normalnie są związane z systemami
RP; wymaga też niewielkiej powierzchni.

Światowy producent obuwia – firma Timberland (TBL),

wychodząc z założenia, że gotowy but powinien nie tylko
dobrze wyglądać, ale musi być również wygodny i ob-
ciążalny – zintensyfikowała prace nad prototypami obu-
wia, wykorzystując od 2005 r. urządzenie Spectrum Z

TM

510 firmy Z Corporation. Ta pierwsza na rynku, wysoko
wydajna barwna drukarka 3D zapewniła wykonywanie
prototypów obuwia, w tym podeszew (rys.18), dysponując
pełnym spektrum kolorów, które nie tylko mogły zostać
zastosowane do wytworzenia rzeczywistego wyrobu, ale
również do analizy obciążeń, opisywania wyrobu czy
oznaczania ważniejszych części lub zmian. Uzyskano

252

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 18. Wielobarwne prototypowe podeszwy butów wykonane na
drukarce Spectrum Z

TM

510 firmy Z Corporation (firma Timberland)

Rys. 19. Drukarka 3D
– R66 firmy Solidsca-
pe do wykonywania
woskowych

prototy-

pów biżuterii w prze-
myśle jubilerskim

Rys. 20. Przykłady woskowych prototypów biżuterii wykonane na
drukarce R66 firmy Solidscape

Rys. 21.

Urządzenie

PrefactoryXede



fir-

my

Envisiontec

do

wytwarzania

modeli

z wykorzystaniem te-
chniki projekcji obra-
zu (DLP)

prawie 30-krotną obniżkę kosztów wykonywania proto-
typu, a czas jego wytworzenia skrócono z jednego tygo-
dnia do 90 min [12].

SOLIDSCAPE Inc.

Firma Solidscape Inc. (Merrimack, NH, USA) wprowa-

dziła nową drukarkę 3D oznaczoną symbolem R66
(rys.19), która uzupełniła dotychczasową ofertę drukarek

3D: T66 Benchtop i T612 Benchtop [6]. Dysponuje ona
przestrzenią roboczą o wymiarach 152

× 152 × 101 mm

(X-Y-Z) i zapewnia grubość nakładanych warstw w za-
kresie 0,013

÷ 0,076 mm. Osiągana dokładność wytwo-

rzonego wzorca w osiach X i Y wynosi 0,025 mm;
uzyskiwany wymiar najmniejszego szczegółu wzorca –
0,25 mm, a rozdzielczość w osiach X i Y – 5000 dpi.

Drukarka R66 została zbudowana z przeznaczeniem

w pierwszym rzędzie dla małych i średnich przedsię-
biorstw, w celu umożliwienia uruchomienia w nich nowo-
czesnego wytwarzania prototypów biżuterii (rys. 20). Jak
we wszystkich systemach firmy Solidscape, do wykony-
wania prototypów jest stosowany specjalny wosk, który
może być wykorzystywany w różnych sposobach od-
lewania (odlewanie precyzyjne, odlewanie w formach
silikonowych). Ten materiał woskowy przy wypalaniu nie
rozszerza się i nie pozostawia resztkowego popiołu; mo-
że też być odformowywany bezpośrednio w kauczuku
silikonowym. Ze względu na dogodność obsługi, bezpro-
blemowe dalsze przetwarzanie (odlew lub odformowanie)
i niewielkie koszty produkcyjne, drukarka R66 zalicza się
do bardzo efektywnych technologii RP w przemyśle jubi-
lerskim. Jest kompatybilna ze wszystkimi stosowanymi
systemami CAD, a to STL, SLC, DXF, SLF i OBJ.

ENVISIONTEC GmbH

Firma Envisiontec GmbH (Gladbeck, Niemcy) rozsze-

rzyła spektrum produkowanych urządzeń typoszeregu
Prefactory do budowy modeli RP z wykorzystaniem zmo-
dyfikowanej metody SGC, stosującej technikę projekcji
obrazu DLP (Digital Light Processing) oraz podwieszenie
warstwowo wykonywanych wyrobów [1]. Do nowo wpro-
wadzanych urządzeń zaliczyć należy PrefactoryXede



(rys. 21) z przestrzenią roboczą o wymiarach 508

× 337 ×

× 457 mm (X-Y-Z), PrefactoryXede XL



z przestrzenią

roboczą 558

× 533 × 635 mm i PrefactoryXtreme



z prze-

strzenią roboczą 304

× 228 × 381 mm.

Urządzenia PrefactoryXede



i PrefactoryXtreme



po-

zwalają wytwarzać relatywnie duże modele z dużą szyb-
kością ich budowy, wynoszącą 25 mm/h w osi Z, przy
rozdzielczości 0,05 mm. Wytwarzane modele przestrzen-
ne, od koncepcyjnych do całkowicie funkcjonalnych, wy-
korzystują wiele materiałów fotopolimeryzujących, jak:
ABS, PP i nylon ze szklanym wypełniaczem oraz mogą
być wykonywane z fotopolimerów z wypełniaczami w po-
staci tlenku aluminium, tlenku cyrkonu i tlenku krzemu,
jak też z parafiny.

254

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 22. Urządzenie VX 500 firmy Voxeljet Technology do wytwarza-
nia modeli z tworzyw sztucznych metodą 3DP

Rys. 23. Wykonany na VX 500 model obudowy rzutnika z tworzywa
sztucznego i jego odlew (na prawo)

Rys. 24. Element w kształcie wstęgi Mo¨biusa, wyposażony w złożone
struktury, wykonany procesem SLM na urządzeniu SLM



Realizer

250 firmy MCP-HEK Tooling

* August Ferdinand Mo¨bius (1790-1868), niemiecki matematyk

i astronom, zauważył w 1858 r. istnienie powierzchni jednostronnych,
których najprostszym przykładem jest tzw. wstęga Mo¨biusa, ograni-
czona jedną krzywą zamkniętą.

Urządzenia można bezpośrednio łączyć z PC-stacjami

roboczymi lub integrować w sieci i tą drogą mogą być
przesyłane przygotowane dla nich wstępnie zadania do
wykonania. Prefactory dysponuje własnym PC, który po-
zwala na pracę urządzenia bez dodatkowej stacji roboczej.
Może on być nadzorowany zdalnie z dowolnego komputera
podłączonego do sieci, dzięki oprogramowaniu komuni-
kacyjnemu wchodzącemu w skład pakietu Prefactory



Software Suite. Dane w formacie STL mogą być łatwo
przetworzone – przy wykorzystaniu tego pakietu – w ob-
razy (maski) bitmapowe [1], a następnie zaimportowane
do urządzenia Prefactory w celu wykonania modelu.

VOXELJET TECHNOLOGY GmbH

Firma Voxeljet Technology GmbH (Augsburg, Niemcy)

rozpoczęła produkcję urządzeń VX 500 (rys. 22) o prze-
strzeni roboczej 500

× 400 × 300 mm (X-Y-Z). Urządzenie

VX 500 łączy zalety znanego już urządzenia VX 800 (o
przestrzeni roboczej 850

× 450 × 500 mm) z wyraźnie zre-

dukowanym progiem rentowności i zwartą konstrukcją.
Istota jego pracy polega na tym, że nanoszone warstwy
materiału proszkowego o grubości 0,1

÷ 0,15 mm są selek-

tywnie sklejane płynnym spoiwem, a szybkość budo-
wy modelu może sięgać 48 mm/h. Uzyskiwana rozdziel-
czość w osiach X i Y wynosi 100

× 100 µm (250 dpi).

Stosowane są materiały proszkowe na bazie technicz-
nych tworzyw sztucznych, jak polimetakrylan metylu
(PMMA) o średniej wielkości ziaren 45

µm. Urządzenie

dysponuje wysoko wydajną głowicą drukarską, systemem
wymiany pojemnika i automatycznym usuwaniem luźne-
go proszku. Właściwości modelu można regulować za
pomocą jego infiltracji różnymi materiałami. Modele są
stabilne, łatwe do manipulowania i wykazują zadowalają-
cą jakość powierzchni. Modele z „czystego” PMMA mogą
być stosowane w odlewaniu precyzyjnym, jako modele
wypalane (rys. 23).

MCP-HEK TOOLING GmbH

Firma MCP-HEK Tooling GmbH (Bochen, Niemcy),

produkująca urządzenia do realizacji procesu RM – SLM



(Selective Laser Melting) w postaci SLM



Realizer 100

z przestrzenią roboczą

∅ 125 × 70 mm i SLM



Reali-

zer 250 [10] z przestrzenią roboczą 250

×250 ×220 mm

w osiach X-Y-Z, zaprezentowała na Targach EURO-
MOLD 2007 możliwości wykonawcze tychże urządzeń.
Spektakularną ich ilustracją był utworzony na wzór wstęgi
Mo¨biusa* pierścień odznaczający się złożonymi struk-
turami oraz kształtowymi powierzchniami swobodnymi
(rys. 24). Tego rodzaju konstrukcji nie można wytworzyć
techniką konwencjonalną. Uzmysławia to ogromną skalę
możliwości wykonawczych techniki RM [13].

Według wytwórcy urządzeń typoszeregu Realizer zape-

wniają one wytwarzanie części z blisko 100% gęstością.
Zakres stosowanych obecnie proszkowych materiałów
metalowych jest rozległy i obejmuje: tytan i jego stopy, stal
narzędziową i nierdzewną, stopy aluminium, chromo-ko-
balt, tantal, Inconel oraz inne materiały nieżelazne. Mini-
malna średnica plamki laserowej – zależna od rozdzielczo-
ści – wynosi 40

µm, minimalna grubość stapianej warstwy

256

MECHANIK NR 4/2008

Rys. 25. Urządzenie M2 cu-
sing firmy CONCEPT Laser
do przetwarzania procesem
LaserCusing



proszków ze

stopów Al i Ti

Rys. 27. Urządzenie C 40 Alchemy firmy Hermle do realizacji za
pomocą innowacyjnego procesu RM elementów z różnych materia-
łów metalowych

30

µm, a minimalna grubość wytwarzanej ścianki mniej

niż 100

µm. Wykonane procesem SLM



części wykazują

chropowatość

powierzchni

Rz = 10

÷ 17 µm w osiach

X i Y oraz 20

÷ 35 µm w osi Z. Te wartości wskazują, że

kształtowanie przyrostowe odgrywa już znaczącą rolę nie
tylko w odniesieniu do budowy modeli i prototypów. RM
stało się użyteczną opcją, szczególnie przy złożonych
częściach i małej liczbie sztuk – użytkownik zyskuje prostą
drogę do budowy form.

CONCEPT LASER GmbH

Firma CONCEPT Laser GmbH (Lichtenfels, Niemcy)

uzupełniła typoszereg produkowanych urządzeń do sele-
ktywnego stapiania laserowego M3 cusing i M1 cusing
o nowe urządzenie M2 cusing (rys. 25) o przestrzeni
roboczej 250

× 250 × 280 mm (X-Y-Z), wyposażone w la-

ser włóknisty o mocy 200 W. Umożliwia ono wytwarzanie
warstw materiału metalowego o grubości w przedziale
20

÷ 50 µm, przy czym szybkość budowy wyrobu waha

się, w zależności od rodzaju przetwarzanego materiału,
w zakresie 2

÷ 20 cm

3

/h [2].

M2 cusing po raz pierwszy zapewnia przetwarzanie –

oprócz proszków stalowych – reaktywnych proszków ze
stopów aluminium i tytanu, które zostają całkowicie sta-
piane (warstwa po warstwie). Tego rodzaju proszki re-
agują z tlenem inaczej niż proszki stalowe. Dlatego urzą-
dzenie zostało wyposażone we właściwą sensorykę i te-
chnikę pomiarową, odpowiednio do aktualnych przepisów
ochrony przeciwpożarowej i przeciwwybuchowej. Ponad-
to w całej maszynie są stale nadzorowane resztkowy tlen
i atmosfera gazu ochronnego.

Nowo opracowany laser włóknisty, zastosowany w re-

alizowanym w temperaturze pokojowej procesie Laser-
Cusing



, zapewnia lepszą strukturę i rozdzielczość wyro-

bu, jak też wysokie, seryjnie powtarzalne właściwości
mechaniczne. Dzięki wysokiej jakości wiązki laserowej
można wytworzyć wyrób o prawie 100% gęstości, przy
jednocześnie wyższych szybkościach jego budowy.

W specjalnie dostosowanej stacji manipulacyjnej urzą-

dzenia M2 cusing jest możliwe składowanie do dwóch
różnych materiałów proszkowych w atmosferze obojętnej,
tzn. beztlenowej. Stacja ta dysponuje ponadto zinteg-

rowanym systemem śluzowym oraz realizowanym w at-
mosferze gazu obojętnego systemem manipulacji pro-
szkiem, ze zintegrowanym procesem przesiewania. Dzię-
ki temu odciąganie proszku z komory roboczej, jak też
jego wprowadzanie do zapasu materiałowego następu-
je szybko i automatycznie. Kontakt operatora maszyny
z materiałem proszkowym jest wykluczony. Z tych też
względów stacja manipulacyjna nadaje się optymalnie do
przetwarzania materiałów reaktywnych.

Urządzenie M2 cusing jest szczególnie predestynowa-

ne do bezpośredniego wytwarzania części w technice
medycznej, sportach wyścigowych czy technice lotniczej
i kosmicznej (rys. 26).

HERMLE AG

Firma Innovaris GmbH & Co. KG (Ottobrunn, Niemcy),

firma-córka Maschinenfabrik Berthold Hermle AG (Gos-
heim, Niemcy) opracowała innowacyjną technologię na-
noszenia materiału metalowego na metalowe podłoża,
połączoną z konwencjonalnym frezowaniem, pod nazwą
Alchemy-Technologie [3, 14, 15]. Polega ona na tym, że
proszek metalowy (wykorzystywany np. do wytwarzania

Rys. 26. Elementy do zasto-
sowań w przemyśle lotni-
czym wykonane na urządze-
niu M2 cusing firmy CON-
CEPT Laser

MECHANIK NR 4/2008

257

Rys. 28.

Wgląd

w

przestrzeń

roboczą

centrum obróbkowe-
go C 40 Alchemy z
widoczną dyszą do
nanoszenia materiału
metalowego i wrze-
cionem frezarskim (fi-
rma Innovaris/Herm-
le)

części spiekanych) wprowadzony do wysoko energetycznego strumienia pary
wodnej zostaje następnie „wystrzelony” z dyszy usytuowanej w odległości
15

÷ 20 cm od przedmiotu i uderza w przedmiot z prędkością, będącą wielo-

krotnością prędkości dźwięku. Dzięki tak wysokiej energii kinetycznej ziaren
proszku metalowego następuje ich jednorodne (ze 100% gęstością) połącze-
nie z materiałem metalowym przedmiotu. Proces ten nazwano mikrokuciem
(Mikroschmieden).

Mikrokucie – w powiązaniu z CNC-frezowaniem – zapewnia, że dotychczas

niemożliwe do wykonania geometrie wyrobów i połączenia materiałowe mogą
być obecnie realizowane. Wymienić tu można – przykładowo – wytwarzanie
narzędzi do formowania wtryskowego ze stali narzędziowej, które są wyposa-
żone w dostosowane do konturów formy kanały chłodzące i rdzenie miedzia-
ne przewodzące ciepło. W przypadku tego rodzaju kanałów konieczne jest
stosowanie materiału wypełniającego, rozpuszczalnego w wodzie i tolerowa-
nego przez środowisko naturalne. W procesie tym mogą być przetwarzane
wszystkie kowalne materiały metalowe, jak np. stal narzędziowa i metale
nieżelazne. Możliwe jest również wytwarzanie materiałów gradientowych
o płynnym przejściu między jednym materiałem a drugim (np. między alumi-
nium a stalą).

Do realizacji technologii Alchemy zbudowano 5-osiowe centrum obrób-

kowe C 40 Alchemy (rys. 27) z przestrzenią roboczą o wymiarach 770

× 700

× 500 mm, umożliwiające wytwarzanie części o maksymalnych wymiarach
500

× 500 × 400 mm i masie do 600 kg. W przestrzeni roboczej, z gładkimi

ścianami ze stali szlachetnej, umieszczono 2-osiowy NC-stół obrotowo-
-odchylny wyposażony w układ grzejny z wymiennikiem ciepła, a w osi Z
instalację do nanoszenia materiału metalowego (rys.28). W obudowie maszy-
ny zintegrowano m.in. zapas materiału proszkowego i materiału wypełniają-
cego oraz kamerę na podczerwień do nadzorowania procesu.

LITERATURA

1. K. E. OCZOŚ: Rozwój kształtowania przyrostowego wyrobów. Mechanik, 80(2007)2,

65

÷ 73.

2. K. E. OCZOŚ: Intensywna ekspansja rapid-technologii. Mechanik, 80(2007)7, 539 ÷ 545.
3. A. GRZESIAK: Klare, schlanke Prozesse. Werkzeug & Formenbau, 5, 2007, 68–69.
4. R. MEYER: Rapid-Technologien fu

¨ r Konstruktion und Fertigung. Konstruktion, 11/12,

2007, iw 4 – iw 5.

5. www.kopp-metallveredlung.ch
6. K. E. OCZOŚ: RAPID PROTOTYPING – aktualne dokonania w zakresie rozwoju

konstrukcji urządzeń i przetwarzanych tworzyw sztucznych. Mechanik, 79(2006)4,
247

÷ 261.

7. K. E. OCZOŚ: Nowe materiały w procesach kształtowania przyrostowego wyrobów.

Mechanik, 80(2007)3, 125 ÷ 130.

8. Man nehme CAD-Daten. Special Tooling, 17(2007)6, 94.
9. R. PARK: Through the doors: Materialise. tct Magazine, 15 (2007)6, 24 - 25.

10. K. E. OCZOŚ: Nowe urządzenia do kształtowania przyrostowego wyrobów i przykłady

ich zastosowań. Mechanik, 80(2007)4, 217 ÷ 225.

11. T. T. WOHLER: Wohlers Report 2007. Wohlers Associates, Inc. 2007.
12. Schuhprototypen in Rekordzeit. Special Tooling, 17(2007)6, 96–97.
13. O. STAUSS: Rapid-Techniken: Alternative zur traditionellen Fertigung. Und es la¨sst sich

doch fertigen! Industrie-Anzeiger, 129(2007)47, 38–39.

14. Alchemy mischt Werkstoffe nach Bedarf. Industrie-Anzeiger, 129(2007)19, 6.
15. Hightech-Wasserpistole. Evolution in der spanenden Fertigungstechnik. Maschine + We-

rkzeug, 108(2007)6, 20 ÷ 22.