aditivna proizvodnja

aditivna proizvodnja (engleski Additive Manufacturing), dio proizvodnoga strojarstva koji se bavi izradbom predmeta nanošenjem čestica u tankim slojevima. Proizvodni proces započinje konstruiranjem trodimenzionalnoga modela računalnim CAD programima za modeliranje, ili digitaliziranjem prostornoga oblika već postojećega objekta trodimenzionalnim skenerima. Zatim se model pretvara u niz horizontalnih poprečnih presjeka koji se strojem za proizvodnju tvorevina otiskuju sloj po sloj do konačnog proizvoda. Tim se postupcima jednako uspješno mogu izraditi prototipovi, kalupi i alati velike preciznosti te funkcionalni dijelovi spremni za upotrebu. No brzina izradbe, izbor materijala i dimenzije modela zasad su ograničeni.

Ovisno o tehnologiji dobivanja slojeva i upotrijebljenim materijalima, koji mogu biti u krutom, tekućem i praškastom stanju, razvijeno je više postupaka aditivne proizvodnje. Najčešće se upotrebljavaju polimerni materijali, kao akrilonitril/butadien/stiren (ABS), poliamidi (PA), polikarbonat (PC), poli(metil-metakrilat) (PMMA), poli(vinil-klorid) (PVC), poliuretan (PUR), epoksidne smole, ali i kompozitni materijali (→ tehnički materijali), keramika, čelik, aluminij, titanij i druge lake slitine. Prema primijenjenoj tehnologiji postupci aditivne proizvodnje uobičajeno se razvrstavaju na fotopolimerizaciju (stereolitografija), raspršivanje veziva (trodimenzionalni ispis), raspršivanje materijala (PolyJet postupak) i ekstrudiranje materijala (taložno srašćivanje), laminiranje (proizvodnja laminiranih objekata), stapanje praha (selektivno lasersko srašćivanje) i izravno taloženje materijala.

Stereolitografija

Zasniva se na fotopolimerizaciji, tj. laser emitira ultraljubičastu svjetlost i osvjetljava sloj tekućega polimera zadana oblika presjeka, koji se skrućuje iznad podloge. Radna se podloga spušta za debljinu sloja i laser opet prati presjek objekta koji se ispisuje te odmah povezuje sa skrućenim dijelom ispod njega. Tvorevina se vadi iz tekućeg polimera, a višak polimera ispire se u otapalu.

Trodimenzionalno tiskanje

Trodimenzionalno tiskanje (engleski 3D Printing). Zasniva se na tehnologiji tintnih pisača (→ pisač), no umjesto tinte izbacuje se vezivo ili ljepilo. Po sloju postavljenoga praha glavom pisača raspršuje se kapljevito vezivo u obliku zadana presjeka, koje uzrokuje prianjanje slojeva. Radna se podloga spušta za debljinu idućeg sloja i dopušta novomu sloju praha da se nataloži. Nakon izradbe, tvorevina se ostavlja određeno vrijeme u komori s prahom kako bi se postigla potrebna čvrstoća.

PolyJet postupak

Hibridni je postupak stereolitografije i trodimenzionalnoga tiskanja. Spuštanjem radne podloge sapnica raspršuje sloj polimernog materijala koji se skrućuje pod utjecajem ultraljubičaste svjetlosti i veže se na prethodni sloj. Prilikom tiskanja izrađuje se model i potporna struktura, koja se nakon izradbe lako uklanja vodom.

Taložno srašćivanje

Taložno srašćivanje (engleski Fused Deposition Modeling). Zasniva se na omekšavanjupolimernog materijala koji u obliku niti prolazi kroz sapnicu smještenu na glavi uređaja (→ ekstruder). Izrađeni slojevi hlade se i skrućuju pri sobnoj temperaturi, te tako vežu na prethodni sloj. Kod složenije geometrije može se izraditi potporna struktura radi postizanja bolje završne površine tvorevina. Takvi su uređaji zbog jednostavnosti danas najzastupljeniji u kućnoj i manje zahtjevnoj profesionalnoj primjeni.

Proizvodnja laminiranih objekata

Proizvodnja laminiranih objekata (engleski Laminated Object Manufacturing). Laserskim se snopom izrezuje kontura objekta iz posebne folije namotane na valjku. Nakon toga preko folije prelazi zagrijani valjak koji pokreće vezivno sredstvo s njezine donje strane, čime se izrezani sloj povezuje s prethodnim. Jedna je od najbržih i najpristupačnijih metoda aditivne proizvodnje.

Selektivno lasersko srašćivanje

Selektivno lasersko srašćivanje (engleski Selective Laser Sintering). Radna podloga smještena je na visini koja je potrebna da se položi sloj praškastoga materijala i dobije željena debljina sloja. Djelovanjem visoke temperature lasera dolazi do srašćivanja zagrijanih čestica materijala. Spuštanjem radne podloge nanosi se novi sloj praha, sve do ispisa posljednjega presjeka. Razvijene su i metode koje tale praškasti materijal do tekućeg stanja, poput selektivnoga laserskog taljenja (engleski Selective Laser Melting) i taljenja s pomoću elektronskog snopa (engleski Electron Beam Melting).

Izravno taloženje metala

Izravno taloženje metala (engleski Laser Engineering Net Shaping). Djelovanjem laserske zrake na vrlo usko područje površine nastaje mjesno rastaljeno područje te se zatim sapnicom dodaje točno određena količina novoga praškastoga materijala i nastaje novi sloj tvorevine.

Razvoj tehnologije izrade trodimenzionalnih tvorevina započeo je u SAD-u. Prva industrijska uporaba aditivnih proizvodnih postupaka zabiljžena je 1987. kada je tvrtka 3D Systems iz Rock Hilla razvila postupak stereolitografije, dok je postupak trodimenzionalnoga ispisa razvijen 1989. na Massachusetts Institute of Technology u Cambridgeu. God. 1991. pojavljuju se postupci taložnoga očvršćivanja i proizvodnje laminarnih objekata, 1992. selektivnog laserskog srašćivanja i dr. Aditivna tehnologija najviše se primjenjuje u proizvodnji elektroničkih proizvoda, u proizvodnji medicinskih umetaka, modela, protetskih pokrivala za udove, u zrakoplovnoj i autoindustriji, čime se postižu znatne uštede, u građevinskoj industriji za proizvodnju dijelova konstrukcija. U posljednje doba, zbog pristupačne cijene te jednostavnijih uređaja i materijala, primjena se širi na osobnu upotrebu.

Ta tehnologija, koja je još uvijek u razvoju, predstavlja budućnost proizvodnje. Visoka fleksibilnost, razmjerno kratko vrijeme izradbe i dimenzijska točnost čine proizvode sve isplativijima za upotrebu. Iako neće u potpunosti promijeniti temeljnu strukturu klasične proizvodnje, ta će tehnologija otvoriti široko polje mogućnosti izradbe tvorevina, kalupa, alata i dr.

U Hrvatskoj ne postoji industrijska proizvodnja trodimenzionalnih tvorevina aditivnim postupcima, već se primjena tih postupaka za pojedinačne potrebe odvija u specijaliziranim središtima i tvrtkama. Tako je npr. 2015. u riječkom Kliničkom bolničkom centru pacijentu postavljen umjetni vratni kralježak od akrilata izrađen u kalupu koji je dobiven aditivnom proizvodnjom. Operacija je izvedena u suradnji s Fakultetom strojarstva i brodogradnje u Zagrebu, djelatnici kojega su na čelu s prof. Mladenom Šercerom obradili digitalne podatke dobivene računalnom tomografijom (CT snimkom), te izradili kalup pomoću kojeg se za vrijeme operacije izlio usadak. Cjelokupni postupak predstavljao je pionirski svjetski pothvat.

aditivna proizvodnja. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 23.10.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=69979>.