Tehnologii de fabricație aditivă

Mihaela Ulmeanu
6 iulie 2015

Noile principii privind dezvoltarea şi fabricarea produselor, tind să accentueze importanţa laturilor sociale şi de mediu. În ultimii ani, o abordare care se remarcă puternic în rândul tehnologiilor militante pentru protecţia mediului şi liberă exprimare prin forma şi conţinutul produselor (Wohlers T. 2011), se manifestă sub forma tehnologiilor de Fabricare Aditivă (Additive Manufacturing - AM). Aplicaţiile AM tind să ia amploare prin rezultatele remarcabile ale cercetărilor, care includ materiale biocompatibile şi biodegradabile, îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice ale produselor finale şi îmbunătăţirea performanţelor utilajelor folosite (Wohlers T. 2011). Tehnologiile AM sunt folosite pe scară largă, cu succes în ultimii 15 ani, ca metode de fabricare a prototipurilor. În prezent, se remarcă o creştere a aplicaţiilor AM pentru produse finite (Wohlers T. 2010, 2011). Astfel, AM este folosită în industria medicală pentru fabricarea de serie mijlocie, mică şi unicat a implanturilor dentare, aparatelor auditive, implanturi maxilofaciale, implanturi ale articulaţiilor de şold, implanturi osoase, materiale didactice folosite în sala de operaţii sau pentru expuneri etc. Marii producători din industria automobilelor, precum Rolls Royce, BMW, Jaguar şi Mercedes, folosesc tehnologii AM pentru fabricarea produselor finite particularizate pentru fiecare automobil în parte. Airbus foloseşte AM pentru fabricarea produselor finite ce intră în componenţa avioanelor de linie (Wohlers T. 2010, 2011). Alte industrii care beneficiază de avantajele aduse de produse finite fabricate cu tehnologii AM, sunt: industria electronică şi a produselor de consum, industria constructoare de maşini, industria militară, instituţii academice etc.

Fabricarea Aditivă (Additive Manufacturing – AM) este definită de Asociaţia Americană pentru Testarea Materialelor (ASTM – American Society for Testing and Materials, www.astm.org) ca “procesul de îmbinare a materialelor, de obicei stratificat, în scopul de a realiza obiecte pornind de la modele de date 3D, spre deosebire de metodologiile de fabricare substractive”.

Istoria AM începe pe la mijlocul anilor 1980. Fabricarea aditivă a fost cunoscută iniţial sub denumirea de prototipare rapidă (RP – rapid prototyping), deoarece tehnologiile erau utilizate la obţinerea prototipurilor. Pe măsură ce procesele şi cerinţele de calitate au evoluat, piaţa pentru AM s-a extins până la includerea tehnicilor sale în producţia de produse finite.

În prezent, există aproximativ 25 de tehnologii de imprimare 3D. Cea mai veche este LOM (Layered Object Manufacturing), următoarea fiind SLA (stereolitography). Tehnologiile mai recente includ sinterizare selectivă cu laser (SLS), sinterizare directă cu laser (Direct Metal Laser Sintering – LMD), tehnologii inkjet, FDM (Fused Deposition Modeling), matricele Polyjet şi multe altele.

Începând cu anul 2010, anumite echipamente de AM au devenit competitive cu cele tradiţionale, din punct de vedere al preţului, al vitezei, al fiabilităţii şi al costurilor de utilizare. Aceasta a condus la extinderea folosirii AM în industrie. A avut loc o explozie în vânzarea şi distribuţia pachetelor hardware care permit aplicarea tehnologiilor. A apărut o nouă industrie de creare a softurilor ce permit utilizarea tehnologiilor mult mai eficient, una din aplicaţiile majore fiind personalizarea produselor pentru consumatori. Tipul şi numărul materialelor folosite în această industie s-au diversificat foarte mult în ultima perioadă. Maşinile moderne pot utiliza o gamă largă de materiale plastice, precum şi metale şi aliaje ale acestora. Aproape orice aliaje metalice pot fi utilizate în acest proces o dată ce sunt pe deplin dezvoltate şi validate. Varietatea materialelor nemetalice utilizate includ o gamă largă de fotopolimeri bazaţi pe acrili, deasemena o multitudine de substanţe cu proprietăţi asemanătoare cu ceara, şi chiar materiale plastice ca ABS (www.astm.org, www.sme.org, www.zcorp.com/en, www.spie.org, www.3d-micromac.com, www.3trpd.co.uk, www.e-tecbrasil.com/en/materials.html).

Pe măsură ce viteza, fiabilitatea şi precizia sistemelor hardware se îmbunătăţesc, tehnologiile AM ar putea să înlocuiască sau sa fie complementare metodelor tradiţionale de fabricare. Unul dintre avantajele cel mai des citate este acela ca tehnologiile AM elimină o mare parte din efortul depus de forţa de muncă asociat cu fabricarea tradiţională. Eficienţa din punct de vedere al energiei este un alt avantaj important al acestor tehnologii.

Aplicaţiile care folosesc această tehnologie includ piese finale pentru o varietate de industrii inclusiv industria aerospaţială, auto, stomatologie, modă, industria militară, medicală şi alte industrii care utilizează piese complexe de dimensiuni mici până la mijlocii.

Câteva dintre cele mai diversificate aplicaţii ale tehnologiilor AM sunt prezentate în figurile de mai jos.