În 10 ani vom fabrica 10% dintre produse prin printare 3D

vizualizari: 222
10 Sep 2018

Dr. Ing. Valentin Stamate alături de motorul în doi timpi și automobilul printate 3D

 

“ De exemplu, un centru de profit bazat pe printare 3D ar putea să asigure producerea unor componente de schimb pentru electrocasnice, întocmai ca într-un magazin de multiplicări chei”.
Dr. Ing. Valentin Stamate, cercetător la Universitatea Transilvania din Braşov

 

Lansată cu aproximativ trei decenii în urmă, fabricaţia aditivă sau imprimarea 3D – aşa cum este cunoscută pe scară largă – a revoluţionat procesele de producţie în multe sectoare, precum industria de automobile, tehnica dentară şi chirurgia umană.
Fabricaţia aditivă este o metodă de construire a obiectelor tridimensionale prin depunerea unor straturi succesive de material care sunt adăugate doar în porţiunile unde este necesar. Printre avantajele acestei tehnologii se numără flexibilitatea în ceea ce priveşte realizarea design-ului şi eliminarea risipei de material, piesa putând fi realizată într-un timp scurt şi cu o structură şi formă geometrică imposibil de reprodus cu ajutorul tehnicilor tradiţionale. În China a fost deja printată 3D o clădire de birouri înaltă de 6 etaje, iar până la sfârşitul anului, noile modele de smartphone le vor oferi utilizatorilor posibilităţi de scanare 3D.
Şi în România s-au făcut progrese considerabile în această direcţie, Valentin Stamate – cercetător – fiind cel care, în premieră mondială, a printat 3D componentele unui motor termic în doi timpi pentru aeromodele.
Reporterii revistei AFP au sesizat importanţa deschiderii de noi opţiuni pentru printerii din România prin evidenţierea progresului tehnologiilor de imprimare 3D şi s-au deplasat la Universitatea Transilvania din Braşov pentru a-l întâlni pe domnul Stamate, care ne-a demonstrat că păşim într-o eră industrială nouă, deschisă atât prin scăderea spectaculoasă în ultimii 10 ani a preţului imprimantei 3D care a scăzut de la 18 000 $ la 400 $, cât şi a scăderii de 100 ori a timpului necesar pentru printare.
La Universitate am avut plăcerea să stăm de vorbă şi cu domnul cercetător Mihai Alin Pop şi de asemenea cu domnul decan Gheorghe Oancea, care ne-a precizat că Valentin Stamate şi-a elaborat teza de doctorat la Facultatea de Inginerie Tehnologică şi Management Industrial, iar acum este cercetător în cadrul departamentului “ Ingineria fabricaţiei”, fiind calificat şi în segmentul de proiectare

 

 

AFP: Domnule cercetător Valentin Stamate, cum aţi descrie parcursul dumneavoastră în viaţă, începând de la copilul curios până la cercetătorul-inginer de astăzi?

Dr. Ing. Valentin Stamate, cercetător, departamentul Ingineria Fabricaţiei, Facultatea de Inginerie Tehnologică şi Management Industrial, Universitatea Transilvania din Braşov: În copilărie am fost pasionat de jucăriile mecanice, pe care le demontam pentru a afla ce le pune în mişcare. Îmi aduc aminte cu plăcere de vremea când mergeam la Palatul Copiilor – la secţia Radio – unde m-am familiarizat cu piesele electronice. După absolvirea şcolii postliceale am lucrat ca proiectant la Uzina de Autocamioane Braşov, apoi am schimbat domeniile: am făcut tehnică dentară în laborator, unde am intrat în contact cu realizarea de produse – de la conceperea lor până la turnarea efectivă, pentru că prin această procedură se poate realiza un complex de produse. Când au apărut computerele, am găsit într-un ziar un articol prin care Universitatea Transilvania promova un ciclu de studii de master în cadrul căruia studenţii învăţau cum să utilizeze aceste echipamente. M-am înscris şi la cursurile acestui masterat, deşi iniţial absolvisem Facultatea de Matematică din cadrul Universităţii Babeş Bolyai din Cluj. Am şi profesat o perioadă ca profesor de matematică, această disciplină dezvoltându-mi o gândire logică. Am folosit această deprindere mai târziu, când am urmat cursurile programului de studii de Inginerie Economică şi Management Industrial de la Universitatea Transilvania, apoi doctoratul şi postdoctoratul, un alt masterat, până când am ajuns să lucrez în cercetare tot în această instituţie. Dispunem de dotare tehnică la nivel european atât la Institut cât şi în cadrul laboratoarelor facultăţii.

AFP: Cu câţi ani în urmă şi în ce context aţi aflat despre printarea 3D?

V.S.: Am aflat despre acest procedeu în 2007-2008 aici, la Universitate, când au fost achiziţionate primele imprimante 3D. Iniţial au fost un scanner şi o imprimantă simplă, prin intermediul căreia se depunea pulberea de material, peste care capul de printare depunea un strat de lipici şi tot aşa până când se obţinea pe verticală piesa dorită. Aceea a fost cea mai simplă şi mai puţin costisitoare imprimantă, după care s-a trecut la imprimanta pe bază de pulberi din material plastic, Objet Eden 350, care este şi în momentul de faţă un echipament de top datorită rezoluţiei la care printează piesele.

AFP: Cum aţi categorisi imprimantele 3D şi cum funcţionează acestea?

V.S.: O să fac analogia cu imprimanta 2D, ca procedeul să poată fi înţeles mai bine. De exemplu, se printează 2D un cerc, apoi un altul care se lipeşte peste primul şi tot aşa până când se obţine un cilindru. În acest fel lucrează o imprimantă 3D. Noi realizăm doar modelul cilindrului, soft-ul creează o mulţime de secţiuni, apoi imprimanta depune un strat de material, arde primul disc, vine din nou cu un strat de material cu grosimea de 16 sau 20 de microni – arde cel de-al doilea disc, lipindu-l în acelaşi timp de cel de dedesubt şi aşa mai departe. Spre deosebire de tehnologia clasică, imprimanta 3D permite printarea de forme şi piese cu grad înalt de complexitate. Însă şi în acest caz depinde de tipul echipamentului şi de materialul din care piesa este confecţionată.

AFP: Cărui tip de produs îi este adresat motorul în doi timpi, despre care canalele media au vorbit recent?

V.S.: Motorul este utilizat pe aeromodelele care funcţionează pe bază de telecomandă, dar şi pe drone, cu ajutorul cărora se pot face poze topografice pentru a se stabili relieful diverselor zone sau se pot face intervenţii la incendii şi inundaţii.

AFP: Care sunt procedurile inovatoare adoptate de dumneavoastră pentru a realiza componentele acestui motor?

V.S.: După ce am testat alte câteva motoare, am ales acest model de motor de aeromodele deoarece am considerat că este mai simplu. Ca să nu se gripeze, în funcţionarea lui se răceşte în mod normal prin curentul de aer pe care îl primeşte în deplasare. Am hotărât că voi face un motor asemănător, însă cu rol didactic. Pentru că ajunge la aproximativ 10 000 de turaţii pe minut, răcirea se face pe bază de apă. Utilizând sistemul de printare 3D, am reuşit să fac în aşa fel încât blocul motor şi chiulasa să fie parcurse de o serie de conducte prin care circulă apa.

AFP: Cum s-au manifestat până acum recunoaşterea şi interesul celor din România şi din străinătate pentru realizarea prin printare 3D a motorului în doi timpi?

V.S.: În mod diferit faţă de aşteptările mele. Aş fi dorit ca toată această atenţie să se direcţioneze către realizarea de prototipuri imposibil de creat prin tehnologia clasică. Firmele private ne pot solicita ajutorul în munca de cercetare şi dezvoltare în vederea producerii de componente pentru produsele pe care şi le imaginează a fi utile pe piaţă. Tot ce trebuie să facă este să ne lanseze ideea, apoi noi vom proiecta şi realiza piesele respective. Mă aştept ca randamentul produselor realizate prin această tehnologie să fie mai mare.

AFP: Care sunt căile prin care Universitatea şi-a propus să coopereze în proiecte de acest fel?

V.S.: Părerea mea este că s-ar mai putea lucra în această direcţie. Avem o echipă de aproximativ 30 de cercetători ai Universităţii Transilvania din Braşov, însă noi suntem de o parte şi mediul economic de cealaltă parte. Din păcate lipseşte veriga de legătură, adică experţii în comunicare. Avem nevoie de persoane specializate care să înţeleagă capacităţile de care dispunem şi să le prezinte firmelor din ţară, pentru ca acestea să îşi deschidă opţiunea de a colabora cu universitatea noastră. De exemplu, medicina este o ramură care oferă o mulţime de oportunităţi. Chiar am fost contactaţi de o clinică de stomatologie deoarece tehnica printării 3D a pătruns şi în acest domeniu, permiţând realizarea lucrărilor precum punţile şi protezele din pulberi metalice biocompatibile.

AFP: Care sunt aplicaţiile puse la dispoziţie de tehnologia de imprimare 3D pentru potenţialii clienţi ai tipografilor din România şi ai celor ancoraţi în industria publicitară?

V.S.: Aplicaţiile pe care eu sunt de părere că ar trebui să se pună accent sunt realizarea de produse aferente semnalisticii, precum şi progresele în domeniul holografiei.

AFP: Să presupunem că într-un mall există un magazin unde un printer realizează pe loc tipărituri digitale. Ce ar putea realiza în plus pentru clienţii săi, având şi imprimante 3D?

V.S.: De exemplu, printarea 3D ar putea să asigure producţia unor componente de schimb pentru produsele electrocasnice, întocmai ca într-un magazin de multiplicări chei.

AFP: Aţi putea enumera câteva branduri pe care le consideraţi a fi cele mai importante producătoare de imprimante 3D la nivel internaţional?

V.S.: Objet Eden, EOS şi imprimantele de tip SLS ( n.r.: Selective Laser Sintering – sinterizare selectivă cu laser) pentru material plastic, respectiv SLM ( n.r.: Selective Laser Melting – topire selectivă cu laser) pentru pulberile metalice.

AFP: Ce tipuri de imprimante 3D se află în dotarea institutului dumneavoastră de cercetare?

V.S.: Avem o imprimantă 3D de tip SLM 250, ceea ce înseamnă că masa de lucru a maşinii este de maximum 250 mm. Aceasta utilizează pulberi metalice din oţel şi are un laser cu o putere de 200 W. Imprimantele identice care au laser cu putere mai mare de 400 W lucrează şi cu pulberi metalice din aluminiu. Procesul de fabricaţie constă în depunerea unui strat de pulbere pe care laserul îl arde şi tot aşa până când se obţine piesa dorită. Preţul echipamentului a fost de aproximativ 450 000 euro.

O altă imprimantă 3D este cea pe care am realizat componentele din plastic ale maşinii şi cauciucurile, precum şi carburatorul motorului în doi timpi, capacul de închidere şi biela de transmitere a mişcării. Am putut realiza piese de maximum 25 cm, care după aceea au fost îmbinate. Ca să vă ofer exemple asemănătoare, Airbus a făcut un avion de 4 m în acelaşi stil – este construit din elemente de 40 cm, care ulterior au fost asamblate. Americanii au modificat cadrul de deplasare al unei imprimante clasice şi au reuşit să printeze o maşină pe care au dotat-o cu un motor electric. La o expoziţie din Japonia de anul trecut, o firmă a reuşit următoarea performanţă: clientul poate alege de pe computer un model 3D, apoi firma respectivă poate să îi printeze orice tip de caroserie îşi doreşte acesta.

Însă mai multe amănunte despre cum funcţionează imprimanta vă va oferi domnul inginer Pop.

Cercetător Dr. Ing. Mihai Alin Pop, Facultatea de Ştiinţa şi Ingineria Materialelor, Universitatea Transilvania din Braşov: Este vorba despre un echipament de tip SLS SPRO, care lucrează pe principiul topirii pulberilor şi este ideal pentru producţia de piese unicate sau de serie mică, dimensiunea maximă a pieselor fiind de 315x315x415 mm. Avantajul acestei maşini este că doar schimbând filtrele şi curăţând-o, se pot utiliza diferite pulberi – din metal, plastic, poliamidă, poliamidă ranforsată cu sfere de sticlă, cauciuc, ceramică, spre deosebire de imprimantele de tip SLM care lucrează doar cu materiale metalice. Apare un pas suplimentar la pulberea metalică: maşina ne oferă forma efectivă, transpusă din desenul 3D în cadrul maşinii; după ce scoatem piesa din maşină, curăţăm surplusul de pulbere, o prevedem cu picioruşe de infiltrare – aşa numitele tab-uri, o introducem într-un cuptor special unde are loc infiltrarea cu bronz şi sinterizarea finală. Maşina lucrează în atmosferă controlată de azot gazos, pentru a preveni oxidările în cazul metalului şi ca pulberea din plastic să poată fi topită în mod corespunzător.

AFP: Cât durează în medie realizarea unei piese?

M.A.P.: Durata procesului de realizare a pieselor depinde de înălţimea şi complexitatea piesei. Crearea unui strat de 0,1 mm durează de regulă între 30 de secunde şi 2-3 minute. La acest proces se adaugă alte etape, cum este cea de pregătire a maşinii în vederea execuţiei procesului de printare căreia îi sunt rezervate 3 ore, apoi 2 ore pentru printare dacă este vorba despre o piesă cu înălţimea de 1 cm, după care încă 2 ore perioada de aşteptare în care piesa şi maşina se răcesc. În timpul printării pulberea se aduce la o temperatură de 170 de grade, iar laserul măreşte local temperatura până când se ajunge la punctul de topire. Maşina şi soft-ul nu permit deschiderea uşii dacă temperatura este mai mare de 90 de grade.

AFP: Cum este realizat modelul piesei care urmează să fie printată prin tehnologia 3D?

M.A.P.: Piesa poate să fie scanată sau proiectată cu ajutorul unor soft-uri specializate, iar desenul trebuie să aibă extensia .stl

AFP: Domnule Stamate, ce progrese credeţi că va înregistra tehnologia de printare 3D pe viitor?

V.S.: Cel mai important domeniu în care a intervenit printarea 3D este realizarea de organe umane. Mai întâi se prelevează celule stem de la pacienţi, se multiplică, apoi organele se modelează 3D. S-au realizat deja valve pentru inimă, artere, vene şi chiar o vezică. Procedura este destinată atât înlocuirii organelor bolnave cât şi testării noilor medicamente.
Există şi o imprimantă de 10x10cm care a fost dezvoltată cu scopul de a le permite copiilor să îşi realizeze singuri jucării. Dacă este mic de vârstă are posibilitatea să importe modelele de pe internet, iar dacă este mai mare poate învăţa să modeleze anumite articole pe care apoi le printează cu ajutorul acestei imprimante.

AFP: Care credeţi că ar fi căile eficiente prin care autorităţile române ar putea susţine dezvoltarea mai rapidă a tehnologiei şi a activităţilor ce înglobează munca celor implicaţi în cercetare?

V.S.: Din păcate asistăm la degradarea sistemului de învăţământ românesc. Este un decalaj enorm între studentul de astăzi şi cel de dinainte de anii ’90. Cred că la nivel legislativ trebuie regândit sistemul de reforme care a diminuat calitatea învăţământului şi trebuie ca întregului sistem educaţional să i se asigure o finanţare adecvată.

AFP: Cum ar putea întreprinzătorii din domeniul poligrafic să coopereze cu dumneavoastră pentru a exista progrese mai rapide legate atât de printarea 3D, cât şi de extinderea ofertei curente a firmelor din România?

V.S.: Am putea organiza un showroom, astfel încât cei interesaţi de o colaborare cu universitatea noastră să poată veni chiar aici pentru a vedea imprimanta şi a afla care sunt capacităţile acesteia şi modul în care lucrează. Pentru mai multe precizări, dau cuvântul în continuare domnului decan Gheorghe Oancea.

AFP: Domnule decan, care este istoricul imprimării de tip 3D?

Prof. Dr. Ing. Gheorghe Oancea, Decanul Facultăţii de Inginerie Tehnologică şi Management Industrial, Universitatea Transilvania din Braşov: Tehnologia nu este atât de nouă pe cât s-ar putea crede. Aceasta a fost lansată în anii ’80, însă de abia un deceniu mai târziu a început să înregistreze o creştere, iar în ultimii ani o adevărată “explozie”. În ţara noastră s-au făcut paşi importanţi în domeniul fabricaţiei aditive, iar de anul trecut avem şi primul standard elaborat de Organismul Naţional de Standardizare din România şi care se referă la terminologie, pentru că în momentul în care comunici cu studenţii şi cu mediul industrial trebuie să existe un set comun de cuvinte cheie. De exemplu, din punct de vedere ştiinţific nu vorbim despre imprimare 3D ci despre fabricaţie aditivă. În România sunt mai multe universităţi care deţin imprimante 3D. La noi în Braşov, primele imprimante 3D au fost achiziţionate în urmă cu 10 ani, în urma derulării unor granturi câştigate prin competiţie. De atunci s-au făcut progrese pentru a se obţine produse de calitate, deoarece peste tot în lume accentul se pune pe fabricaţie. La conceperea unui produs trebuie luat în considerare şi modul în care acesta urmează să fie realizat. Marele atu al instituţiei noastre este că noi am avut această experienţă a derulării proceselor de fabricaţie. Deţinem şi un institut de cercetare care a fost construit prin accesarea de fonduri europene şi este plasat în cartierul Bartolomeu din Braşov.

AFP: Universitatea Transilvania s-a remarcat ca deschizător de drumuri în printarea 3D, adică prin abilităţile în cercetare, prin dotarea şi tehnologiile pe care le deţine. Este corectă presupunerea mea că Universitatea Transilvania e interesată să încheie contracte cu agenţi economici, prin care să dezvolte proiecte şi produse specifice cu ajutorul printării 3D ?

G.O.: Da. Desigur. Suntem foarte deschişi să semnăm noi contracte cu agenţi economici şi să rezolvăm problem concrete. Noi am rezolvat cu succes diverse proiecte pentru mediul economic, precum o serie de piese fabricate în scopul verificării design-ului şi efectuării testelor de montabilitate. Suntem deschişi pe orice alte teme de proiectare şi/sau fabricaţie.

AFP: Vă mulţumim pentru interviul acordat.

Oportunităţi de afaceri: dacă vă gândiţi la o nişă pe care vreţi să intraţi, întrebaţi-vă: “ În viitor, credeţi că vom avea aplicabilitate mare pentru printarea 3D?” În cazul în care răspunsul este “ da”, atunci cum puteţi face ca acest lucru să se întâmple mai devreme? Simplu. Puteţi contacta Universitatea Transilvania din Braşov pe adresa de e-mail a Biroului de Relaţii cu Mediul Economic, brme@unitbv.ro sau direct pe domnul Valentin Stamate la adresa stamate_vali@yahoo.com, precum şi consultând site-ul www.unitbv.ro

 

De Horia Pufan

 

 

Inapoi