Οι δυνατότητες της τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι αμέτρητες και κάποιες απ’ τις εφαρμογές της έχουν να κάνουν με τη συντήρηση, την επισκευή και την αναβάθμιση του μηχανολογικού εξοπλισμού.
Της κ. Βασιλικής Αλεξοπούλου*
Η κατασκευή ενός μηχανήματος, μέχρι αυτό να φτάσει στον τελικό χρήστη, είναι μία σύνθετη διαδικασία και περιλαμβάνει πολλά στάδια. Η αρχή γίνεται με την εξόρυξη πρώτων υλών, οι οποίες μετατρέπονται από εξειδικευμένες εταιρείες σε βασικά εξαρτήματα.
Στη συνέχεια, τα βασικά αυτά εξαρτήματα πωλούνται σε κατασκευαστικές εταιρείες και μετατρέπονται στην τελική μηχανή, η οποία με τη σειρά της διατίθεται σε εταιρείες πωλήσεων, οι οποίες τελικά την πουλάνε στον τελικό χρήστη.
Η ενέργεια και το κόστος που απαιτούνται για αυτή την παραγωγική διαδικασία είναι τεράστια, οπότε η απόρριψη αυτής της μηχανής στο τέλος της ζωής της είναι ασύμφορη και μη βιώσιμη. Γι’ αυτό έχουν αναπτυχθεί διάφορες στρατηγικές που επιτρέπουν την επαναχρησιμοποίηση των μηχανών ή ορισμένων εξαρτημάτων και υλικών τους.
Τέτοιες στρατηγικές είναι η συντήρηση, η μεταπώληση μεταχειρισμένων μηχανών, η ανακατασκευή, η αναβάθμιση και η ανακύκλωση. Εν συντομία, όλες αυτές οι στρατηγικές περιγράφονται από το τρίπτυχο «maintenance – repair – overhaul» (MRO), που στα ελληνικά μπορεί να αποδοθεί ως «συντήρηση – επισκευή – αναβάθμιση» (βλ. εικόνα 1).
O κύκλος ζωής μιας μηχανής.
Επαναχρησιμοποίηση & 3D
Το πρόβλημα είναι ότι όσο περισσότερο απομακρύνονται οι κύκλοι MRO από τον τελικό χρήστη, τόσο περισσότερο κόστος, ενέργεια και χρόνος απαιτούνται μέχρι να ολοκληρωθούν οι διαδικασίες για την επαναχρησιμοποίηση της μηχανής. Οπότε προκύπτει το ερώτημα εάν μπορούν όλα τα στάδια της «συντήρησης – επισκευής – αναβάθμισης» να γίνουν από τον ίδιο τον τελικό χρήστη. Την απάντηση σε αυτό το ερώτημα μπορεί να την δώσει η τρισδιάστατη εκτύπωση.
Ο όρος «τρισδιάστατη εκτύπωση» περιλαμβάνει ένα σύνολο τεχνολογιών κατά τις οποίες η κατασκευή ενός τεμαχίου γίνεται με πρόσθεση υλικού, συνήθως με τη μορφή στρώσεων οι οποίες τοποθετούνται η μία πάνω στην άλλη. Οι τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, όπως είναι οι παρακάτω:
- Φωτοπολυμερισμός (vat photopolymerization).
- Ψεκασμός υλικού (material jetting).
- Ψεκασμός συνδετικής ουσίας (binder jetting).
- Εξώθηση υλικού (material extrusion).
- Τήξη κλίνης σκόνης (powder bed fusion).
- Στρωματοποίηση φύλλων (sheet lamination).
- Απευθείας εναπόθεση ενέργειας (directed energy deposition).
Το πλεονέκτημα της τρισδιάστατης εκτύπωσης που την καθιστά κατάλληλη για εφαρμογή στις MRO διαδικασίες είναι η δυνατότητά της να κατασκευάζει τεμάχια που της δίνονται με μορφή CAD αρχείων χωρίς να απαιτούνται εξειδικευμένες γνώσεις κατεργασιών από τον τελικό χρήστη. Τα βήματα που ακολουθούνται για την πραγματοποίηση μιας MRO διαδικασίας με τη χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης είναι τα εξής:
- Δημιουργία του CAD αρχείου.
- Βελτιστοποίηση του CAD αρχείου.
- Τρισδιάστατη εκτύπωση του τεμαχίου.
- Συντήρηση – επισκευή – αναβάθμιση μηχανής.
Διάγραμμα ροής μιας διαδικασίας συντήρησης – επισκευής – αναβάθμισης που βασίζεται στη χρήση της τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Για τη δημιουργία του CAD αρχείου έχουν χρησιμοποιηθεί τρεις μέθοδοι, η πρώτη από τις οποίες είναι να στείλει ο ίδιος ο κατασκευαστής στον τελικό χρήστη το CAD αρχείο του χαλασμένου εξαρτήματος, ώστε αυτός να το τυπώσει.
Αν αυτό δεν είναι εφικτό, τότε μία δεύτερη μέθοδος που έχει αναπτυχθεί είναι ο ίδιος ο τελικός χρήστης να αναζητήσει το CAD αρχείο ενός κατάλληλου εξαρτήματος (που θα αντικαταστήσει το ελαττωματικό) σε κάποια ψηφιακή βιβλιοθήκη.
Τέλος, μία τρίτη μέθοδος είναι ο ίδιος ο τελικός χρήστης να σχεδιάσει το επιθυμητό εξάρτημα και να δημιουργήσει το CAD αρχείο.
Η βελτιστοποίηση του CAD αρχείου μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους.
Ο πρώτος τρόπος είναι η προσαρμογή του εκάστοτε CAD σχεδίου στις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής, όπως είναι για παράδειγμα η προσαρμογή των διαστάσεων του σχεδίου.
Ο δεύτερος τρόπος είναι η ένωση διαφόρων εξαρτημάτων σε ένα, ώστε κατά τη διαδικασία της MRO να αποφευχθούν περιττές συναρμολογήσεις.
Ο τρίτος τρόπος είναι η αναβάθμιση του CAD αρχείου ώστε το παραγόμενο εξάρτημα να έχει βελτιωμένες ιδιότητες, πράγμα που οδηγεί σε ευρύτερη αναβάθμιση της μηχανής.
Τέλος, ακολουθεί η τρισδιάστατη εκτύπωση του επιθυμητού εξαρτήματος και η χρήση του για τη συντήρηση, επισκευή ή αναβάθμιση της μηχανής (διαδικασία MRO).
*Η κ. Βασιλική Αλεξοπούλου είναι υποψήφια διδάκτορας του Τομέα Τεχνολογίας των Κατεργασιών, στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.
Ενδεικτική βιβλιογραφία
[1] L. Sexton, “Laser cladding: repairing and manufacturing metal parts and tools,” Opto-irel. 2002 Opt. Photonics Technol. Appl., vol. 4876, p. 462, 2003, doi: 10.1117/12.463704. [2] M. R. Johnson and I. P. McCarthy, “Product recovery decisions within the context of Extended Producer Responsibility,” J. Eng. Technol. Manag. – JET-M, vol. 34, pp. 9–28, 2014, doi: 10.1016/j.jengtecman.2013.11.002. [3] W. W. Wits, J. R. R. García, and J. M. J. Becker, “How Additive Manufacturing Enables more Sustainable End-user Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) Strategies,” Procedia CIRP, vol. 40, pp. 693–698, 2016, doi: 10.1016/j.procir.2016.01.156.
