Additiewe vervaardiging, ook bekend as 3D-drukwerk, het vir byna 35 jaar sedert die kommersiële gebruik daarvan voortgegaan om te ontwikkel. Die lugvaart-, motor-, verdedigings-, energie-, vervoer-, mediese, tandheelkundige en verbruikersbedrywe gebruik additiewe vervaardiging vir 'n wye reeks toepassings.
Met so 'n wydverspreide aanvaarding is dit duidelik dat additiewe vervaardiging nie 'n een-grootte-pas-almal-oplossing is nie. Volgens die ISO/ASTM 52900-terminologiestandaard val byna alle kommersiële additiewe vervaardigingstelsels in een van sewe proseskategorieë. Dit sluit in materiaal-ekstrusie (MEX), badfotopolimerisasie (VPP), poeierbedfusie (PBF), bindmiddelbespuiting (BJT), materiaalbespuiting (MJT), gerigte energie-afsetting (DED) en plaatlaminering (SHL). Hier word hulle gesorteer volgens gewildheid gebaseer op eenheidsverkope.
'n Groeiende aantal bedryfsprofessionele persone, insluitend ingenieurs en bestuurders, leer wanneer additiewe vervaardiging kan help om 'n produk of proses te verbeter en wanneer dit nie kan nie. Histories het groot inisiatiewe om additiewe vervaardiging te implementeer gekom van ingenieurs wat ervaring het met die tegnologie. Bestuur sien meer voorbeelde van hoe additiewe vervaardiging produktiwiteit kan verbeter, levertye kan verminder en nuwe sakegeleenthede kan skep. Additiewe vervaardiging sal nie die meeste tradisionele vorme van vervaardiging vervang nie, maar sal deel word van die entrepreneur se arsenaal van produkontwikkeling en vervaardigingsvermoëns.
Additiewe vervaardiging het 'n wye reeks toepassings, van mikrofluidika tot grootskaalse konstruksie. Die voordele van AM wissel volgens die bedryf, toepassing en vereiste prestasie. Organisasies moet goeie redes hê om AM te implementeer, ongeag die gebruiksgeval. Die mees algemene is konseptuele modellering, ontwerpverifikasie en geskiktheids- en funksionaliteitsverifikasie. Al hoe meer maatskappye gebruik dit om gereedskap en toepassings vir massaproduksie te skep, insluitend pasgemaakte produkontwikkeling.
Vir lugvaarttoepassings is gewig 'n belangrike faktor. Dit kos ongeveer $10 000 om 'n vrag van 0,45 kg in 'n Aarde-wentelbaan te plaas, volgens NASA se Marshall Space Flight Center. Die vermindering van die gewig van satelliete kan op lanseringskoste bespaar. Die aangehegte beeld toon 'n Swissto12-metaal AM-onderdeel wat verskeie golfgidse in een onderdeel kombineer. Met AM word die gewig verminder tot minder as 0,08 kg.
Additiewe vervaardiging word dwarsdeur die waardeketting in die energiebedryf gebruik. Vir sommige maatskappye is die sake-argument vir die gebruik van AM om projekte vinnig te herhaal om die beste moontlike produk in die kortste moontlike tyd te skep. In die olie- en gasbedryf kan beskadigde onderdele of samestellings duisende dollars of meer in verlore produktiwiteit per uur kos. Die gebruik van AM om bedrywighede te herstel, kan veral aantreklik wees.
'n Groot vervaardiger van DED-stelsels, MX3D, het 'n prototipe pypherstelgereedskap vrygestel. 'n Beskadigde pyplyn kan tussen €100 000 en €1 000 000 ($113 157-$1 131 570) per dag kos, volgens die maatskappy. Die toebehore wat op die volgende bladsy getoon word, gebruik 'n CNC-onderdeel as 'n raam en gebruik DED om die omtrek van die pyp te sweis. AM bied hoë afsettingstempo's met minimale vermorsing, terwyl CNC die vereiste presisie bied.
In 2021 is 'n 3D-gedrukte wateromhulsel op 'n TotalEnergies-olieplatform in die Noordsee geïnstalleer. Watermantels is 'n kritieke element wat gebruik word om koolwaterstofherwinning in putte onder konstruksie te beheer. In hierdie geval is die voordele van die gebruik van additiewe vervaardiging verminderde levertye en verminderde emissies met 45% in vergelyking met tradisionele gesmede watermantels.
Nog 'n sake-argument vir additiewe vervaardiging is die vermindering van duur gereedskap. Phone Scope het digiscoping-adapters ontwikkel vir toestelle wat jou foon se kamera aan 'n teleskoop of mikroskoop koppel. Nuwe fone word elke jaar vrygestel, wat maatskappye vereis om 'n nuwe reeks adapters vry te stel. Deur AM te gebruik, kan 'n maatskappy geld bespaar op duur gereedskap wat vervang moet word wanneer nuwe fone vrygestel word.
Soos met enige proses of tegnologie, moet additiewe vervaardiging nie gebruik word nie, aangesien dit as nuut of anders beskou word. Dit is om produkontwikkeling en/of vervaardigingsprosesse te verbeter. Dit moet waarde toevoeg. Voorbeelde van ander sakegevalle sluit in pasgemaakte produkte en massa-aanpassing, komplekse funksionaliteit, geïntegreerde onderdele, minder materiaal en gewig, en verbeterde werkverrigting.
Vir AM om sy groeipotensiaal te verwesenlik, moet uitdagings aangespreek word. Vir die meeste vervaardigingstoepassings moet die proses betroubaar en herhaalbaar wees. Die daaropvolgende metodes om die verwydering van materiaal van onderdele en stutte en naverwerking te outomatiseer, sal help. Outomatisering verhoog ook produktiwiteit en verminder die koste per onderdeel.
Een van die gebiede van grootste belangstelling is outomatisering van naverwerking soos poeierverwydering en afwerking. Deur die proses van massaproduksie van toepassings te outomatiseer, kan dieselfde tegnologie duisende kere herhaal word. Die probleem is dat spesifieke outomatiseringsmetodes kan wissel volgens onderdeeltipe, grootte, materiaal en proses. Byvoorbeeld, die naverwerking van outomatiese tandkrone verskil baie van die verwerking van vuurpylmotoronderdele, alhoewel albei van metaal gemaak kan word.
Omdat onderdele vir AM geoptimaliseer is, word meer gevorderde funksies en interne kanale dikwels bygevoeg. Vir PBF is die hoofdoel om 100% van die poeier te verwyder. Solukon vervaardig outomatiese poeierverwyderingstelsels. Die maatskappy het 'n tegnologie genaamd Smart Powder Recovery (SRP) ontwikkel wat metaalonderdele wat steeds aan die bouplaat vas is, roteer en vibreer. Rotasie en vibrasie word beheer deur die CAD-model van die onderdeel. Deur die onderdele presies te beweeg en te skud, vloei die vasgevangde poeier amper soos 'n vloeistof. Hierdie outomatisering verminder handarbeid en kan die betroubaarheid en reproduceerbaarheid van poeierverwydering verbeter.
Die probleme en beperkings van handmatige poeierverwydering kan die lewensvatbaarheid van die gebruik van AM vir massaproduksie beperk, selfs in klein hoeveelhede. Solukon-metaalpoeierverwyderingstelsels kan in 'n inerte atmosfeer werk en ongebruikte poeier vir hergebruik in AM-masjiene versamel. Solukon het 'n kliënte-opname gedoen en in Desember 2021 'n studie gepubliseer wat toon dat die twee grootste bekommernisse beroepsgesondheid en reproduceerbaarheid is.
Die handmatige verwydering van poeier uit PBF-harsstrukture kan tydrowend wees. Maatskappye soos DyeMansion en PostProcess Technologies bou naverwerkingstelsels om poeier outomaties te verwyder. Baie additiewe vervaardigingsonderdele kan in 'n stelsel gelaai word wat die medium omkeer en uitwerp om oortollige poeier te verwyder. HP het sy eie stelsel wat glo poeier binne 20 minute uit die Jet Fusion 5200 se boukamer verwyder. Die stelsel stoor ongesmelte poeier in 'n aparte houer vir hergebruik of herwinning vir ander toepassings.
Maatskappye kan baat vind by outomatisering indien dit op die meeste van die naverwerkingstappe toegepas kan word. DyeMansion bied stelsels vir poeierverwydering, oppervlakvoorbereiding en verfwerk. Die PowerFuse S-stelsel laai die onderdele, stoom die gladde onderdele en laai dit af. Die maatskappy verskaf 'n vlekvrye staalrak vir die ophang van onderdele, wat met die hand gedoen word. Die PowerFuse S-stelsel kan 'n oppervlak soortgelyk aan 'n inspuitvorm produseer.
Die grootste uitdaging wat die bedryf in die gesig staar, is om die werklike geleenthede wat outomatisering bied, te verstaan. As 'n miljoen polimeeronderdele gemaak moet word, kan tradisionele giet- of vormprosesse die beste oplossing wees, hoewel dit van die onderdeel afhang. AM is dikwels beskikbaar vir die eerste produksielopie in gereedskapproduksie en -toetsing. Deur outomatiese naverwerking kan duisende onderdele betroubaar en reproduceerbaar met behulp van AM vervaardig word, maar dit is onderdeelspesifiek en mag 'n pasgemaakte oplossing vereis.
AM het niks met die industrie te doen nie. Baie organisasies bied interessante navorsings- en ontwikkelingsresultate aan wat kan lei tot die behoorlike funksionering van produkte en dienste. In die lugvaartbedryf produseer Relativity Space een van die grootste metaaladditiewe vervaardigingstelsels met behulp van gepatenteerde DED-tegnologie, wat die maatskappy hoop gebruik sal word om die meerderheid van sy vuurpyle te vervaardig. Sy Terran 1-vuurpyl kan 'n vrag van 1 250 kg na 'n lae Aarde-baan lewer. Relativity beplan om 'n toetsvuurpyl in middel 2022 te lanseer en beplan reeds 'n groter, herbruikbare vuurpyl genaamd die Terran R.
Relativity Space se Terran 1- en R-vuurpyle is 'n innoverende manier om te herontwerp hoe toekomstige ruimtevlugte kan lyk. Ontwerp en optimalisering vir additiewe vervaardiging het belangstelling in hierdie ontwikkeling gewek. Die maatskappy beweer dat hierdie metode die aantal onderdele met 100 keer verminder in vergelyking met tradisionele vuurpyle. Die maatskappy beweer ook dat hulle binne 60 dae vuurpyle uit grondstowwe kan produseer. Dit is 'n goeie voorbeeld van die kombinasie van baie onderdele in een en die aansienlike vereenvoudiging van die voorsieningsketting.
In die tandheelkundige bedryf word additiewe vervaardiging gebruik om krone, brûe, chirurgiese boorsjablone, gedeeltelike kunsgebitte en belyners te maak. Align Technology en SmileDirectClub gebruik 3D-drukwerk om onderdele vir termovormende deursigtige plastiekbelyners te produseer. Align Technology, vervaardiger van Invisalign-handelsmerkprodukte, gebruik baie van die fotopolimerisasiestelsels in 3D Systems-baddens. In 2021 het die maatskappy gesê dat hulle meer as 10 miljoen pasiënte behandel het sedert hulle FDA-goedkeuring in 1998 ontvang het. As 'n tipiese pasiënt se behandeling uit 10 belyners bestaan, wat 'n lae skatting is, het die maatskappy 100 miljoen of meer AM-onderdele vervaardig. FRP-onderdele is moeilik om te herwin omdat hulle termoset is. SmileDirectClub gebruik die HP Multi Jet Fusion (MJF)-stelsel om termoplastiese onderdele te produseer wat vir ander toepassings herwin kan word.
Histories kon VPP nie dun, deursigtige onderdele met sterkte-eienskappe produseer vir gebruik as ortodontiese toestelle nie. In 2021 het LuxCreo en Graphy 'n moontlike oplossing vrygestel. Vanaf Februarie het Graphy FDA-goedkeuring vir direkte 3D-drukwerk van tandheelkundige toestelle. As jy dit direk druk, word die end-tot-end-proses as korter, makliker en moontlik minder duur beskou.
'n Vroeë ontwikkeling wat baie media-aandag gekry het, was die gebruik van 3D-drukwerk vir grootskaalse konstruksietoepassings soos behuising. Dikwels word die mure van die huis deur ekstrusie gedruk. Alle ander dele van die huis is gemaak met behulp van tradisionele metodes en materiale, insluitend vloere, plafonne, dakke, trappe, deure, vensters, toestelle, kaste en toonbanke. 3D-gedrukte mure kan die koste van die installering van elektrisiteit, beligting, loodgieterswerk, buiswerk en ventilasieopeninge vir verhitting en lugversorging verhoog. Die afwerking van die binne- en buitekant van 'n betonmuur is moeiliker as met 'n tradisionele muurontwerp. Die modernisering van 'n huis met 3D-gedrukte mure is ook 'n belangrike oorweging.
Navorsers by die Oak Ridge Nasionale Laboratorium bestudeer hoe om energie in 3D-gedrukte mure te stoor. Deur pype in die muur te plaas tydens konstruksie, kan water daardeur vloei vir verhitting en verkoeling. Hierdie O&O-projek is interessant en innoverend, maar dit is nog in 'n vroeë stadium van ontwikkeling. Hierdie O&O-projek is interessant en innoverend, maar dit is nog in 'n vroeë stadium van ontwikkeling.Hierdie navorsingsprojek is interessant en innoverend, maar dit is nog in die vroeë stadiums van ontwikkeling.Hierdie navorsingsprojek is interessant en innoverend, maar nog in die vroeë stadiums van ontwikkeling.
Die meeste van ons is nog nie vertroud met die ekonomie van 3D-drukwerk van bouonderdele of ander groot voorwerpe nie. Die tegnologie is gebruik om sommige brûe, sonskerms, parkbankies en dekoratiewe elemente vir geboue en die buitelugomgewing te vervaardig. Daar word geglo dat die voordele van additiewe vervaardiging op klein skale (van 'n paar sentimeter tot etlike meters) van toepassing is op grootskaalse 3D-drukwerk. Die belangrikste voordele van die gebruik van additiewe vervaardiging sluit in die skep van komplekse vorms en kenmerke, die vermindering van die aantal onderdele, die vermindering van materiaal en gewig, en die verhoging van produktiwiteit. As additiewe vervaardiging nie waarde toevoeg nie, moet die nut daarvan bevraagteken word.
In Oktober 2021 het Stratasys die oorblywende 55%-belang in Xaar 3D, 'n filiaal van die Britse industriële inkstraaldrukkervervaardiger Xaar, verkry. Stratasys se polimeer PBF-tegnologie, genaamd Selective Absorption Fusion, is gebaseer op Xaar-inkstraaldrukkerkoppe. Die Stratasys H350-masjien ding mee met die HP MJF-stelsel.
Die aankoop van Desktop Metal was indrukwekkend. In Februarie 2021 het die maatskappy Envisiontec, 'n langdurige vervaardiger van industriële additiewe vervaardigingstelsels, verkry. In Mei 2021 het die maatskappy Adaptive3D, 'n ontwikkelaar van buigsame VPP-polimere, verkry. In Julie 2021 het Desktop Metal Aerosint, 'n ontwikkelaar van multi-materiaal poeierbedekking-herbedekkingsprosesse, verkry. Die grootste verkryging het in Augustus plaasgevind toe Desktop Metal mededinger ExOne vir $575 miljoen gekoop het.
Die verkryging van ExOne deur Desktop Metal bring twee bekende vervaardigers van metaal BJT-stelsels bymekaar. Oor die algemeen het die tegnologie nog nie die vlak bereik wat baie glo nie. Maatskappye gaan voort om kwessies soos herhaalbaarheid, betroubaarheid en die begrip van die oorsaak van probleme aan te spreek soos dit ontstaan. Selfs so, as die probleme opgelos word, is daar steeds ruimte vir die tegnologie om groter markte te bereik. In Julie 2021 het 3DEO, 'n diensverskaffer wat 'n eie 3D-drukstelsel gebruik, gesê dat hulle een miljoenste aan kliënte gestuur het.
Sagteware- en wolkplatformontwikkelaars het beduidende groei in die additiewe vervaardigingsbedryf gesien. Dit is veral waar vir prestasiebestuurstelsels (MES) wat die AM-waardeketting dophou. 3D Systems het in September 2021 ooreengekom om Oqton vir $180 miljoen te verkry. Oqton, wat in 2017 gestig is, bied wolkgebaseerde oplossings om werkvloei en AM-doeltreffendheid te verbeter. Materialize het Link3D in November 2021 vir $33,5 miljoen verkry. Soos Oqton, dophou Link3D se wolkplatform werk en vereenvoudig die AM-werkvloei.
Een van die jongste verkrygings in 2021 is ASTM International se verkryging van Wohlers Associates. Saam werk hulle daaraan om die Wohlers-handelsmerk te benut om die wyer aanvaarding van AM wêreldwyd te ondersteun. Deur die ASTM AM Sentrum vir Uitnemendheid sal Wohlers Associates voortgaan om Wohlers-verslae en ander publikasies te produseer, asook adviesdienste, markanalise en opleiding te verskaf.
Die additiewe vervaardigingsbedryf het volwasse geword en baie nywerhede gebruik die tegnologie vir 'n wye reeks toepassings. Maar 3D-drukwerk sal nie die meeste ander vorme van vervaardiging vervang nie. In plaas daarvan word dit gebruik om nuwe soorte produkte en besigheidsmodelle te skep. Organisasies gebruik additiewe vervaardiging om die gewig van onderdele te verminder, levertye en gereedskapskoste te verminder, en produkpersonalisering en -prestasie te verbeter. Daar word verwag dat die additiewe vervaardigingsbedryf sy groeitrajek sal voortsit met nuwe maatskappye, produkte, dienste, toepassings en gebruiksgevalle wat opduik, dikwels teen 'n nekbreekspoed.