THE SPECIFICS OF APPLYING 3D PRINTING TECHNOLOGY FOR MANUFACTURING COMPONENTS IN MECHANICAL ENGINEERING AND ROBOTICS

Authors

DOI:

https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.4.1.22

Keywords:

3D printing, additive manufacturing, mechanical engineering, robotics, prototyping, composite materials

Abstract

The current state of mechanical engineering from the perspective of the growing needs for rapid manufacturing of complex and individualized structural elements in robotics was examined. The limitations of traditional methods, such as machining, forming, and casting, have been justified with respect to their constraints on development speed and the variability of design solutions for complex components in drives and actuators of industrial robotic manipulators. It has been noted that additive 3D printing technologies enable these limitations to be overcome, allowing the implementation of complex engineering concepts and the creation of fundamentally new types of machines, contributing to the advancement of the robotics industry. Based on the analysis of recent scientific studies by various authors, the introduction of high-speed additive processes has been highlighted as a key direction in the development of modern mechanical engineering, particularly in robotics. The features of 3D printing application throughout the product lifecycle, from concept formation to preparation for mass production, was described. The extent of 3D printing utilization and unresolved technical challenges associated with additive technologies have been analyzed, including material selection, ensuring the required mechanical properties of printed elements, and optimization of post-processing procedures. Special attention has been paid to the identification and systematization of the features of additive technology application for component manufacturing in mechanical engineering and robotics, as well as to the generalization of practical results and the definition of prospects for further technology development. Major areas of 3D printing use have been studied in detail, including rapid prototyping, production of complex-configuration components, manufacturing of tooling, and elements of robotic systems. Examples of functional prototype creation using high-performance materials have been provided, and the prospects for 3D printing of metallic components have been outlined. Contemporary technological approaches, including the integration of multi-axis robotic complexes enabling the formation of complex geometries without support structures and allowing large-scale elements to be produced in a single manufacturing cycle, was separately analyzed.

References

Zhou L., Miller J., Vezza J., Mayster M., Raffay M., Justice Q., Al Tamimi Z., Hansotte G., Sunkara L. D., Bernat J. Additive manufacturing: A comprehensive review // Sensors (Basel, Switzerland). 2024. Vol. 24, No. 9. P. 2668. DOI: https://doi.org/10.3390/s24092668. 1

Поліщук О. С., Поліщук А. О., Лісевич С. П., Залізецький А. М., Мельник В. І. Виготовлення виробів та деталей методом 3D-друку з композитних ниток з високим вмістом металу. Вісник Хмельницького національного університету. 2022. № 3. С. 104–110. DOI: 10.31891/2307-5732-2022-309-3-104-110.

Рибак А. І., Шевченко І. В. Застосування адитивних технологій у процесі проектування виробів машинобудування. Вісник машинобудування та транспорту. 2021. № 1(20). С. 85–91.

Bhatt P. M., Malhan R. K., Shembekar A. V., Yoon Y. J., Gupta S. K. Expanding capabilities of additive manufacturing through use of robotics technologies: A survey. Additive Manufacturing. 2019. Vol. 31. Art. 100933. DOI: 10.1016/j.addma.2019.100933.

Brasil A. L. A., Martinez A. C. P. A Systematic Review of Robotic Additive Manufacturing Applications in Architecture, Engineering, and Construction. Buildings. 2025. Vol. 15, № 18. Art. 3336. DOI: 10.3390/buildings15183336.

Gao W., Zhang Y., Ramanujan D., Ramani K., Chen Y., Williams C. B., Wang C. C. L., Shin Y. C., Zhang S., Zavattieri P. D. The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering. Computer-Aided Design. 2015. Vol. 69. P. 65-89. DOI: 10.1016/j.cad.2015.04.001.

Gibson I., Rosen D. W., Stucker B. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. 2nd ed. New York: Springer, 2015. 498 p. DOI: 10.1007/978-1-4939-2113-3.

Horváth L., Váradi K., Szalay T. Toolpath planning for large-scale FDM 3D printing: Strategies and implementation. Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 64. P. 1280-1290. DOI: 10.1016/j.jmapro.2021.02.039.

SPEE3D. Expeditionary Manufacturing Unit [Електронний ресурс]. 2025. Режим доступу: https://www.spee3d.com/product/emu/

Самонавчальний 3D-принтер для комбінованого друку об'єктів : пат. UA 154212 U / Дудукалов Ю. В., Глушкова Д. Б., Сорокін В. Ф., Демченко С. В. Зареєстр. 19.10.2023. "Український національний офіс інтелектуальної власності та інновацій".

Єфременко Б. В., Зурнаджи В. І., Зайчук Н. П., Шимчук С. П., Чабак Ю. Г., Петришинець І., Єфременко В. Г. Мікробудова та властивості сталі AISI 316L біомедичного призначення, виготовленої методом LPBF-друку // Наукові нотатки: міжвузівський збірник наукових праць. Луцьк, 2022. № 73. DOI: 10.36910/775.24153966.2021.72.13.

Цибуленко В. О., Воронцов Б. С. Забезпечення контролю якості для традиційного і адитивного виробництва // Матеріали XXIV Міжнародної науково-технічної конференції «Прогресивна техніка, технологія та інженерна освіта» (28–29 листопада 2024 р., Київ). Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024. DOI: 10.20535/2409-7160.2023.XXIII.278009.

Ковальчук Д. В., Мельник В. Г., Мельник І. В., Тугай Б. А. Спосіб виготовлення тривимірних об'єктів і пристрій для його реалізації : пат. UA 112682 C2 Україна. заявл. 10.10.2016 ; опубл. 10.10.2016, Бюл. № 19. 6 с.

University of California, Berkeley. Berkeley engineers develop customizable 3D-printed robot for tech newbies [Електронний ресурс] // Berkeley Engineering. Червень 2025. Режим доступу: https://engineering.berkeley.edu/news/2025/06/berkeley-engineers-develop-customizable-3d-printed-robot-for-tech-newbies/ (дата звернення: 21.11.2025).

Ковальчук Д. В., Мельник В. Г., Мельник І. В., Тугай Б. А. Технологія xBeam 3D Metal printing на шляху до промислового виробництва // Сучасна електрометалургія. 2020. № 3. ISSN 2415-8445.

Зінченко Д. Ю. Можливості гібридних технологій друку для виробництва функціональних прототипів. Тези доп. Міжнар. наук.-практ. конф. “Інновації в промисловому виробництві”. Київ, 2023. С. 67–69.

Automotive Manufacturing Solutions. From prototype to production: Bringing 3D printed jigs and fixtures in-house [Електронний ресурс]. 2018. Режим доступу: https://www.automotivemanufacturingsolutions.com/equipment-and-technology-providers/from-prototype-to-production/533007

Published

2025-12-31