DigitalizareO lume construită din straturi – imprimare 3D în industria mobilei

Stereolitografia (SLA) se bazează pe faptul că unele răşini sintetice se solidifică la acţiunea luminii ultraviolete, întărindu-se prin fotopolimerizare. În decursul procesului, părţile iluminate de UV se solidifică şi straturile suprapuse vor alcătui un tot unitar.
Intarzia & Castor15.02.20198017 min
https://www.intarzia.ro/wp-content/uploads/2019/02/masa-scaune.jpg

Stereolitografia (SLA) se bazează pe faptul că unele răşini sintetice se solidifică la acţiunea luminii ultraviolete, întărindu-se prin fotopolimerizare. În decursul procesului, părţile iluminate de UV se solidifică şi straturile suprapuse vor alcătui un tot unitar. Este noua tehnologie care stă la baza realizării de elemente de legătură pentru industria de mobilă, fără operații de așchiere. Procesul a fost studiat de dr. Denes Levente-docent universitar, care va veni la Atelierul Design organizat în cadrul Târgului Expowood și ne va prezenta această nouă tehnologie revoluționară.

Pe vremea când cercetătorii anilor ʼ80 făceau experienţe cu imagistica solidă tridimensională, nu se ştia că în zilele noastre fabricarea prototipurilor prin imprimare 3D va fi un asemenea succes. Invenţia iniţială din 1980 a japonezului Hideo Kodoma nu a fost definitivată, iar în 1984, un grup de inventatori francezi (Alain Le Mehaute, Olivier de Witte şi Jean Claude Andre) a bătut pe degeaba la poarta marilor întreprinderi din Franţa, nu au ajuns la fazele de experimentare cu aceştia.

În final, inginerul american Chuck Hull a brevetat un procedeu de stereolitigrafiere în SUA, care a devenit punctul de plecare al imprimărilor 3D. Descrierea invenţiei a fost depusă în 1984 şi aprobată în 1986. Stereolitografia (SLA) se bazează pe faptul că unele răşini sintetice se solidifică la acţiunea luminii ultraviolete, întărindu-se prin fotopolimerizare. În decursul procesului, părţile iluminate de UV se solidifică şi straturile suprapuse vor alcătui un tot unitar. Între timp, pe lângă tehnologia SLA, au apărut şi alte procedee, precum cel cu fire FDM-Fuse Deposition Modeling şi cel cu laser SLS-Selective Laser Sintering.

În pofida pornirii greoaie, azi, imprimarea 3D şi tehnologia de fabricare aditivă sunt domeniile cele mai dinamice ale fabricării de subansamble. Imprimarea 3D a fost folosită prima dată la fabricarea rapidă a prototipurilor, deoarece se pretează la realizarea formelor complicate într-un timp relativ scurt. Dezvoltarea tehnologică, ulterior, a făcut posibilă nu numai realizarea prototipurilor, dar şi imprimarea unor piese funcţionale care au fost înglobate în produse finite. Calitatea pieselor a fost similară cu cea a celor existente anterior sau chiar mai bună, din punct de vedere fizico-mecanic. În acest caz, procedeul nu se mai cheamă fabricare de prototipuri, ci tehnologie de fabricare aditivă.

Construcţia stratificată a adus şi o schimbare de paradigmă, piesele cu dimensiuni bine definite nu au fost realizate din bucăţi mai mari, prin eliminarea unor părţi, adică nu prin aşchiere, ci prin adăugarea segmentată a materialului, formând piesa nouă. (fig.1.) Tehnologia aditivă s-a răspândit mai ales în industria auto, a fabricării de maşini şi obiecte casnice, dar sunt cercetări intense şi în biotehnologie şi  medicină.

Exemple de mobilier realizat prin imprimare 3D găsim deocamdată mai rar, datorită mai ales limitării dimensionale şi preţului excesiv al materiilor prime. În ultimii ani însă, aceste impedimente s-au diminuat, iar avantajele tehnologiilor 3D sunt din ce în ce mai pregnante. Printre aceste avantaje se numără fabricarea de unicate, forme speciale care nu se puteau realiza cu tehnicile premergătoare, realizarea in situ a unor subansamble încorporate şi variabilitatea rapidă a modelelor, respectiv fabricarea fără scule speciale.

Un alt avantaj reprezintă scăderea cantităţii de deşeuri, acestea fiind minimalizate la imprimarea tridimensională, iar ceea ce rezultă sub formă de deşeu poate fi reutilizat uşor.

 

Fig 1. Procedee de fabricaţie prin eliminare şi adăugare de material

În industria mobilei, datorită limitării dimensionale, prima dată au fost fabricate elemente de legătură care au asigurat montarea uşoară a pieselor lamelare sau cilindrice. În figura 2b. vedem un element de legătură care fixează piese prismatice de lemn, pentru care nu este nevoie de operaţii de prelucrare prin aşchiere. Legătura e simplă şi stabilă, grinzile se fixează uşor. Fixarea e realizată cu şuruburi aproape invizibile, care au fost realizate, de asemenea, prin imprimare 3D.

Fig 2. Element de legătură realizat prin imprimare 3D (Sursă: www.minale-maeda.com)

Elementul de legătură garantează şi stabilitatea poziţiei relative a celor cinci subansamble. Produsul finit, datorită vizibilităţii elementelor de legătură, conferă un fel de caracter industrial produselor.

Producţia clasică este, de asemenea, combinată cu tehnologia modernă şi în cazul mobilelor realizate de Jon Christie, care înlocuieşte legăturile clasice cu subansamble imprimate. Conectarea picioarelor rotunde la elementele prismatice poate reprezenta o problemă doar la proiectare, montajul nu este de loc influenţat. Pentru realizarea piesei de legătură, proiectantul a făcut mai multe experienţe cu diferite fire, alegând, în cele din urmă, firul de poliamidă, care s-a dovedit a fi cel mai potrivit pentru acest subansamblu. Proiectantul a accentuat că noua tehnologie nu este pentru înlocuirea celei vechi, ci pentru completarea acesteia, scopul fiind ca fabricarea să fie mai flexibilă, mai simplă sau mai eficientă. Combinaţia dintre lemnul de nuc de nuanţă închisă şi elementele de legătură albe accentuează coexistenţa tehnologiilor. Elementele de legătură imprimate pot fi montate şi pe suprafeţe plane, iar prin variaţia culorilor se asigură şi caracterul de unicat.

Fig.3. Aplicarea elementelor de legătură imprimate în cazul mesei şi scaunelor (Sursă: jonchristie670.com)

Un exemplu interesant de înlocuire a legăturilor putem observa în figura 4. În acest caz, proiectantul a încercat ca trecerea să fie cât mai domoală, contopind subansamblele prin realizarea unei forme organice. Dezavantajul este că, datorită preciziei avansate, realizarea părţii lemnoase devine destul de dificilă.

Fig.4. Scaun cu piese imprimate 3D (Sursă: www.3dscales.com)

Cu dezvoltarea imprimantelor 3D, s-au putut fabrica produse de dimensiuni mai mari, sau chiar produse finite, apărând prototipuri de dimensiuni reale şi mobilierul funcţional, care arată posibilităţile noii tehnologii. Una dintre direcţii este realizarea geometriilor complicate, care nu se putea obţine prin tehnologiile convenţionale sau implicau un cost mult prea mare. Un avantaj constituie faptul că, înainte de finisarea sumară, fabricarea constă, de fapt, dintr-un singur pas, imprimarea. Proiectarea, fabricarea propriu-zisă, producţia personalizată, flexibilitatea şi eficienţa sunt tot atâtea puncte-forte ale tehnologiei. Nu trebuie să uităm nici de considerentele ecologice, deoarece în timpul fabricării prin imprimare 3D se generează foarte puţine deşeuri, iar în multe cazuri firele de mase plastice sunt reutilizable sau se descompun ca biopolimerii. Cele mai multe produse, la sfârşitul ciclului de viaţă, se pot recicla destul de uşor.

În figura 5, vedem o virolă de scaun realizată prin tehnologie 3D.

În figura 5, putem observa câte-o piesă din colecţia Continuum3 al proiectantului John Briscella, realizată prin stereolitografiere combinată cu un procedeu de galvanizare. Culoarea argintie face ca scaunul să posede un aspect translucid, făcându-l, într-un fel, invizibil. Proiectantul a reiterat, de fapt, munca lui Charles şi Ray, scaunul model Eames DAW fiind opera lor. Forma picioarelor şi concepţia generală a rămas la fel, dar structura compactă a fost înlocuită cu una mai aerată, celulară. Structura se consolidează în părţile mai fragile pentru asigurarea rezistenţei portante suficient de mari. Apariţia scaunului nu denigrează forma eternă a echipei iniţiale, ci doar adaugă o notă de accentuare a subzistenţei noii tehnologii.

O nouă structură hibridă vedem în figura 6. Proiectantul este Aleksandrina Rizova, care a proiectat o tablă de masă amorfă din nuc pentru picioarele albe încolăcite de structură celulară. Forma aparentă osoasă dă impresia unui material natural în acord cu lemnul, iar culorile calde ale tablei sunt în contrast cu susţinerea albă. În pofida complexităţii structurale, picioarele de susţinere se pot realiza uşor prin stereolitografiere, fire sau prin altă tehnică 3D. Realizarea tablei de masă însă este mai dificilă.

Scaunul imprimat al lui Daniel Widrig (fig 7.) se confecţionează din poliacid lactic şi conexiunile sunt doar pe muchii. Designerul a luat în considerare la proiectare aspectele ergonomice care asigură condiţia de confort, precum şi orbita capului de imprimare pentru a reduce la minimum posibil timpul de fabricare.

Scaunul Moire al studiolului Baharash Architecture se realizează din cochilii perforate. Prin variaţia formei şi frecvenţei perforaţiilor, variază, de fapt, rezistenţa şi flexibilitatea mobilei, conferind, totodată, un aer lejer şi jucăuş obiectului în cauză. Prin suprapunerea planurilor apare şi efectul Moire, accentuând caracterul jucăuş. Construcţia particulară şi economicoasă oferă posibilitatea adoptării diverselor poziţii de şedere, ceea ce ajută la conferirea  comodității.

Scaunul Batoidea, creat de designerul belgian Peter Donder (fig 9.), datorită structurii asemănătoare cu o plasă, conferă o formă aerată, neregulată, spectaculoasă, curbată în toate direcţiile. Acest produs se poate obţine în condiţii economicoase doar prin imprimare 3D. Realizarea formei din metal sau lemn e foarte complicată şi necesită mult timp, care creşte semnificativ cheltuielile.

Mulţumiri

Studiul „Planul de Schimbare a Structurilor – Universitatea Şopron” a fost realizat cu sprijinul Ministerului Resurselor Umane în cadrul proiectului 32388-2/2017 INTFIN.

Şopron, 23.07.2017.

Intarzia & Castor

Lasa un comentariu

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Site în construcție

www.intarzia.ro este sub rebranduire, această pagină fiind o versiune de prezentare, motiv pentru care dacă întâmpinați dificultăți sau întâlniți nereguli, vom aprecia sesizările și sugestiile voastre.

Vă mulțumim pentru înțelegere și cooperare!