استمر التصنيع الإضافي ، المعروف أيضًا باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد ، في التطور لما يقرب من 35 عامًا منذ استخدامه التجاري.تستخدم صناعات الفضاء والسيارات والدفاع والطاقة والنقل والطب وطب الأسنان والمستهلكين التصنيع الإضافي لمجموعة واسعة من التطبيقات.
مع هذا التبني على نطاق واسع ، من الواضح أن التصنيع الإضافي ليس حلاً واحدًا يناسب الجميع.وفقًا لمعيار المصطلحات ISO / ASTM 52900 ، تقع جميع أنظمة تصنيع المواد المضافة التجارية تقريبًا في واحدة من فئات العمليات السبع.وتشمل هذه بثق المواد (MEX) ، والبلمرة الضوئية للحمام (VPP) ، واندماج طبقة المسحوق (PBF) ، ورش المواد الرابطة (BJT) ، ورش المواد (MJT) ، وترسب الطاقة الموجهة (DED) ، وتصفيح الألواح (SHL).هنا يتم فرزها حسب الشعبية بناءً على مبيعات الوحدة.
يتعلم عدد متزايد من المتخصصين في هذا المجال ، بما في ذلك المهندسين والمديرين ، عندما يمكن أن يساعد التصنيع الإضافي في تحسين منتج أو عملية وعندما يتعذر ذلك.تاريخياً ، جاءت المبادرات الرئيسية لتنفيذ التصنيع الإضافي من المهندسين ذوي الخبرة في التكنولوجيا.ترى الإدارة المزيد من الأمثلة حول كيف يمكن للتصنيع الإضافي تحسين الإنتاجية وتقليل المهل الزمنية وخلق فرص عمل جديدة.لن تحل AM محل معظم أشكال التصنيع التقليدية ، ولكنها ستصبح جزءًا من ترسانة رواد الأعمال لتطوير المنتجات وقدرات التصنيع.
يحتوي التصنيع الإضافي على مجموعة واسعة من التطبيقات ، من الموائع الدقيقة إلى البناء على نطاق واسع.تختلف فوائد AM حسب الصناعة والتطبيق والأداء المطلوب.يجب أن يكون لدى المنظمات أسباب وجيهة لتطبيق AM ، بغض النظر عن حالة الاستخدام.الأكثر شيوعًا هي النمذجة المفاهيمية ، والتحقق من التصميم ، والتحقق من الملاءمة والوظيفة.المزيد والمزيد من الشركات تستخدمه لإنشاء أدوات وتطبيقات للإنتاج بالجملة ، بما في ذلك تطوير المنتجات المخصصة.
بالنسبة لتطبيقات الفضاء ، يعتبر الوزن عاملاً رئيسياً.يتكلف وضع حمولة 0.45 كيلوجرام في مدار حول الأرض حوالي 10 آلاف دولار ، وفقًا لمركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا.يمكن أن يؤدي تقليل وزن الأقمار الصناعية إلى توفير تكاليف الإطلاق.تُظهر الصورة المرفقة الجزء المعدني AM من Swissto12 الذي يجمع عدة أدلة موجية في جزء واحد.مع AM ، يتم تقليل الوزن إلى أقل من 0.08 كجم.
يُستخدم التصنيع الإضافي في جميع مراحل سلسلة القيمة في صناعة الطاقة.بالنسبة لبعض الشركات ، تتمثل حالة العمل لاستخدام AM في تكرار المشاريع بسرعة لإنشاء أفضل منتج ممكن في أقصر فترة زمنية.في صناعة النفط والغاز ، يمكن أن تكلف الأجزاء أو التركيبات التالفة آلاف الدولارات أو أكثر من حيث الإنتاجية المفقودة في الساعة.يمكن أن يكون استخدام AM لاستعادة العمليات جذابًا بشكل خاص.
أصدرت الشركة المصنعة الرئيسية لأنظمة DED MX3D نموذجًا أوليًا لأداة إصلاح الأنابيب.يمكن أن يتكلف خط الأنابيب التالف ما بين 100،000 يورو و 1،000،000 يورو (113،157 - 1،131،570 دولارًا أمريكيًا) يوميًا ، وفقًا للشركة.تستخدم أداة التثبيت الموضحة في الصفحة التالية جزءًا CNC كإطار وتستخدم DED لتلحيم محيط الأنبوب.يوفر AM معدلات ترسيب عالية مع الحد الأدنى من النفايات ، بينما توفر CNC الدقة المطلوبة.
في عام 2021 ، تم تركيب غلاف مائي مطبوع ثلاثي الأبعاد على منصة النفط TotalEnergies في بحر الشمال.سترات المياه هي عنصر حاسم يستخدم للتحكم في استعادة الهيدروكربون في الآبار قيد الإنشاء.في هذه الحالة ، تتمثل فوائد استخدام التصنيع الإضافي في تقليل المهل الزمنية وتقليل الانبعاثات بنسبة 45٪ مقارنة بأغطية المياه المزورة التقليدية.
حالة عمل أخرى للتصنيع الإضافي تتمثل في تقليل الأدوات باهظة الثمن.طور Phone Scope محولات رقمية للأجهزة التي تربط كاميرا هاتفك بتلسكوب أو مجهر.يتم إطلاق هواتف جديدة كل عام ، مما يتطلب من الشركات إطلاق مجموعة جديدة من المحولات.باستخدام AM ، يمكن للشركة توفير المال على الأدوات باهظة الثمن التي يجب استبدالها عند إطلاق هواتف جديدة.
كما هو الحال مع أي عملية أو تقنية ، لا ينبغي استخدام التصنيع الإضافي لأنه يعتبر جديدًا أو مختلفًا.هذا لتحسين تطوير المنتج و / أو عمليات التصنيع.يجب أن تضيف قيمة.تتضمن أمثلة حالات الأعمال الأخرى المنتجات المخصصة والتخصيص الشامل والوظائف المعقدة والأجزاء المتكاملة والمواد والوزن الأقل والأداء المحسن.
لكي تدرك AM إمكانات نموها ، يجب معالجة التحديات.بالنسبة لمعظم تطبيقات التصنيع ، يجب أن تكون العملية موثوقة وقابلة للتكرار.ستساعد الطرق اللاحقة لأتمتة إزالة المواد من الأجزاء والدعامات والمعالجة اللاحقة.تعمل الأتمتة أيضًا على زيادة الإنتاجية وتقليل التكلفة لكل جزء.
أحد المجالات التي تحظى باهتمام كبير هو أتمتة ما بعد المعالجة مثل إزالة المسحوق والتشطيب.من خلال أتمتة عملية الإنتاج الضخم للتطبيقات ، يمكن تكرار نفس التكنولوجيا آلاف المرات.تكمن المشكلة في أن طرق الأتمتة المحددة يمكن أن تختلف حسب نوع الجزء والحجم والمادة والعملية.على سبيل المثال ، تختلف المعالجة اللاحقة لتيجان الأسنان الآلية كثيرًا عن معالجة أجزاء محرك الصاروخ ، على الرغم من أن كليهما يمكن أن يكون مصنوعًا من المعدن.
نظرًا لأنه تم تحسين الأجزاء لـ AM ، فغالبًا ما تتم إضافة ميزات وقنوات داخلية أكثر تقدمًا.بالنسبة لـ PBF ، الهدف الرئيسي هو إزالة 100٪ من المسحوق.تقوم Solukon بتصنيع أنظمة إزالة المسحوق الأوتوماتيكية.طورت الشركة تقنية تسمى Smart Powder Recovery (SRP) التي تدور وتهتز الأجزاء المعدنية التي لا تزال متصلة بلوحة التصميم.يتم التحكم في الدوران والاهتزاز بواسطة نموذج CAD للجزء.عن طريق تحريك الأجزاء بدقة وهزها ، يتدفق المسحوق الملتقط مثل السائل تقريبًا.تقلل هذه الأتمتة من العمل اليدوي ويمكن أن تحسن موثوقية إزالة المسحوق وإمكانية إعادة إنتاجه.
يمكن أن تحد مشاكل وقيود الإزالة اليدوية للمسحوق من جدوى استخدام AM للإنتاج بالجملة ، حتى بكميات صغيرة.يمكن أن تعمل أنظمة إزالة مسحوق المعادن Solukon في جو خامل وتجمع المسحوق غير المستخدم لإعادة استخدامه في آلات AM.أجرى Solukon دراسة استقصائية للعملاء ونشرت دراسة في ديسمبر 2021 تُظهر أن أكبر شاغلين هما الصحة المهنية وقابلية التكاثر.
يمكن أن تستغرق الإزالة اليدوية للمسحوق من هياكل راتنج PBF وقتًا طويلاً.تقوم شركات مثل DyeMansion و PostProcess Technologies ببناء أنظمة ما بعد المعالجة لإزالة المسحوق تلقائيًا.يمكن تحميل العديد من أجزاء التصنيع المضافة في نظام يقلب ويخرج الوسيط لإزالة المسحوق الزائد.HP لديها نظامها الخاص الذي يقال إنه يزيل المسحوق من حجرة بناء Jet Fusion 5200 في 20 دقيقة.يخزن النظام المسحوق غير المذاب في حاوية منفصلة لإعادة استخدامه أو إعادة تدويره لتطبيقات أخرى.
يمكن للشركات الاستفادة من الأتمتة إذا كان من الممكن تطبيقها على معظم خطوات ما بعد المعالجة.تقدم DyeMansion أنظمة لإزالة المسحوق وإعداد السطح والطلاء.يقوم نظام PowerFuse S بتحميل الأجزاء وتبخير الأجزاء الملساء وتفريغها.توفر الشركة رف من الاستانلس ستيل للأجزاء المعلقة ويتم ذلك يدويا.يمكن أن ينتج نظام PowerFuse S سطحًا مشابهًا لقالب الحقن.
التحدي الأكبر الذي يواجه الصناعة هو فهم الفرص الحقيقية التي يجب أن توفرها الأتمتة.إذا كانت هناك حاجة إلى صنع مليون جزء من البوليمر ، فقد تكون عمليات الصب أو الصب التقليدية هي الحل الأفضل ، على الرغم من أن هذا يعتمد على الجزء.غالبًا ما يكون AM متاحًا لأول عملية إنتاج في إنتاج الأدوات واختبارها.من خلال المعالجة التلقائية اللاحقة ، يمكن إنتاج آلاف الأجزاء بشكل موثوق به وقابل للتكرار باستخدام AM ، ولكنها خاصة بالجزء وقد تتطلب حلاً مخصصًا.
AM ليس لها علاقة بالصناعة.تقدم العديد من المنظمات نتائج بحث وتطوير مثيرة للاهتمام يمكن أن تؤدي إلى الأداء السليم للمنتجات والخدمات.في صناعة الطيران ، تنتج شركة Relativity Space أحد أكبر أنظمة تصنيع المواد المضافة للمعادن باستخدام تقنية DED المملوكة للشركة ، والتي تأمل الشركة أن يتم استخدامها لتصنيع غالبية صواريخها.يمكن لصاروخ Terran 1 أن يسلم حمولة 1250 كجم إلى مدار أرضي منخفض.تخطط النسبية لإطلاق صاروخ تجريبي في منتصف عام 2022 وتخطط بالفعل لصاروخ أكبر قابل لإعادة الاستخدام يسمى Terran R.
تُعد صواريخ Terran 1 و R من Relativity Space طريقة مبتكرة لإعادة تصور الشكل الذي قد تبدو عليه رحلات الفضاء المستقبلية.أثار تصميم وتحسين التصنيع الإضافي الاهتمام بهذا التطور.تدعي الشركة أن هذه الطريقة تقلل عدد الأجزاء بمقدار 100 مرة مقارنة بالصواريخ التقليدية.تدعي الشركة أيضًا أنها تستطيع إنتاج الصواريخ من المواد الخام في غضون 60 يومًا.هذا مثال رائع على دمج العديد من الأجزاء في جزء واحد وتبسيط سلسلة التوريد بشكل كبير.
في صناعة طب الأسنان ، يتم استخدام التصنيع الإضافي لصنع التيجان والجسور وقوالب الحفر الجراحية وأطقم الأسنان الجزئية والمحاذاة.تستخدم Align Technology و SmileDirectClub الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج أجزاء للتشكيل الحراري لمحاذاة البلاستيك الشفاف.تستخدم Align Technology ، الشركة المصنعة للمنتجات التي تحمل علامة Invisalign ، العديد من أنظمة البلمرة الضوئية في حمامات 3D Systems.في عام 2021 ، قالت الشركة إنها عالجت أكثر من 10 ملايين مريض منذ حصولها على موافقة إدارة الغذاء والدواء في عام 1998. إذا كان علاج المريض النموذجي يتكون من 10 محاذاة ، وهو تقدير منخفض ، فقد أنتجت الشركة 100 مليون أو أكثر من أجزاء AM.يصعب إعادة تدوير أجزاء FRP لأنها مصنوعة من مادة حرارية.يستخدم SmileDirectClub نظام HP Multi Jet Fusion (MJF) لإنتاج أجزاء لدائن حرارية يمكن إعادة تدويرها لتطبيقات أخرى.
تاريخياً ، لم تتمكن VPP من إنتاج أجزاء رفيعة وشفافة بخصائص قوة لاستخدامها كأجهزة لتقويم الأسنان.في عام 2021 ، أصدر LuxCreo و Graphy حلاً ممكنًا.اعتبارًا من فبراير ، حصلت Graphy على موافقة إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) للطباعة ثلاثية الأبعاد المباشرة لأجهزة طب الأسنان.إذا قمت بطباعتها مباشرةً ، فستُعتبر العملية الشاملة أقصر وأسهل وأقل تكلفة على الأرجح.
كان أحد التطورات المبكرة التي حظيت بالكثير من اهتمام وسائل الإعلام هو استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لتطبيقات البناء على نطاق واسع مثل الإسكان.غالبًا ما تتم طباعة جدران المنزل بالبثق.تم صنع جميع أجزاء المنزل الأخرى باستخدام الأساليب والمواد التقليدية ، بما في ذلك الأرضيات والسقوف والأسقف والسلالم والأبواب والنوافذ والأجهزة والخزائن وأسطح العمل.يمكن أن تزيد الجدران المطبوعة ثلاثية الأبعاد من تكلفة تركيب الكهرباء والإضاءة والسباكة ومجاري الهواء وفتحات التهوية للتدفئة وتكييف الهواء.يعد الانتهاء من الداخل والخارج لجدار خرساني أكثر صعوبة من تصميم الجدار التقليدي.يعد تحديث المنزل بجدران مطبوعة ثلاثية الأبعاد أحد الاعتبارات المهمة أيضًا.
يدرس الباحثون في مختبر أوك ريدج الوطني كيفية تخزين الطاقة في جدران مطبوعة ثلاثية الأبعاد.عن طريق إدخال الأنابيب في الجدار أثناء البناء ، يمكن أن يتدفق الماء من خلاله للتدفئة والتبريد. مشروع البحث والتطوير هذا مثير للاهتمام ومبتكر ، لكنه لا يزال في مرحلة مبكرة من التطوير. مشروع البحث والتطوير هذا مثير للاهتمام ومبتكر ، لكنه لا يزال في مرحلة مبكرة من التطوير.هذا المشروع البحثي مثير للاهتمام ومبتكر ، لكنه لا يزال في المراحل الأولى من التطوير.هذا المشروع البحثي مثير للاهتمام ومبتكر ، لكنه لا يزال في المراحل الأولى من التطوير.
معظمنا ليس على دراية باقتصاديات الطباعة ثلاثية الأبعاد لأجزاء المباني أو الأشياء الكبيرة الأخرى.تم استخدام هذه التقنية لإنتاج بعض الجسور والمظلات ومقاعد الحدائق والعناصر الزخرفية للمباني والبيئة الخارجية.يُعتقد أن مزايا التصنيع الإضافي على نطاقات صغيرة (من بضعة سنتيمترات إلى عدة أمتار) تنطبق على الطباعة ثلاثية الأبعاد واسعة النطاق.تشمل الفوائد الرئيسية لاستخدام التصنيع الإضافي إنشاء أشكال وميزات معقدة ، وتقليل عدد الأجزاء ، وتقليل المواد والوزن ، وزيادة الإنتاجية.إذا لم تضيف AM قيمة ، فيجب التشكيك في فائدتها.
في أكتوبر 2021 ، استحوذت Stratasys على حصة 55 ٪ المتبقية في Xaar 3D ، وهي شركة تابعة لشركة Xaar البريطانية المصنعة للطابعات النافثة للحبر الصناعية.تعتمد تقنية البوليمر PBF من ستراتاسيس ، والتي تسمى الانصهار الانتقائي للامتصاص ، على رؤوس الطباعة Xaar inkjet.تتنافس آلة Stratasys H350 مع نظام HP MJF.
كان شراء Desktop Metal مثيرًا للإعجاب.في فبراير 2021 ، استحوذت الشركة على Envisiontec ، الشركة المصنعة منذ فترة طويلة لأنظمة تصنيع الإضافات الصناعية.في مايو 2021 ، استحوذت الشركة على Adaptive3D ، مطور بوليمرات VPP المرنة.في يوليو 2021 ، استحوذت شركة Desktop Metal على شركة Aerosint ، وهي شركة مطورة لعمليات إعادة طلاء مسحوق الطلاء متعدد المواد.جاءت أكبر عملية استحواذ في أغسطس عندما اشترت شركة Desktop Metal المنافس ExOne مقابل 575 مليون دولار.
يجمع الاستحواذ على ExOne by Desktop Metal بين اثنين من الشركات المصنعة الشهيرة لأنظمة BJT المعدنية.بشكل عام ، لم تصل التكنولوجيا بعد إلى المستوى الذي يعتقده الكثيرون.تستمر الشركات في معالجة قضايا مثل التكرار والموثوقية وفهم السبب الجذري للمشاكل عند ظهورها.ومع ذلك ، إذا تم حل المشكلات ، فلا يزال هناك مجال للتكنولوجيا للوصول إلى أسواق أكبر.في يوليو 2021 ، قالت شركة 3DEO ، وهي مزود خدمة يستخدم نظام طباعة ثلاثي الأبعاد خاص ، إنها شحنت مليونًا من العملاء.
شهد مطورو البرامج والنظام الأساسي السحابي نموًا كبيرًا في صناعة التصنيع المضافة.هذا صحيح بشكل خاص لأنظمة إدارة الأداء (MES) التي تتبع سلسلة القيمة AM.وافقت شركة 3D Systems على الاستحواذ على Oqton في سبتمبر 2021 مقابل 180 مليون دولار.تأسست Oqton في عام 2017 ، وهي توفر حلولًا قائمة على السحابة لتحسين سير العمل وتحسين كفاءة AM.استحوذت شركة Materialize على Link3D في نوفمبر 2021 مقابل 33.5 مليون دولار.مثل Oqton ، تتعقب منصة Link3D السحابية العمل وتبسط سير عمل AM.
واحدة من أحدث عمليات الاستحواذ في عام 2021 هو استحواذ ASTM International على Wohlers Associates.يعملان معًا للاستفادة من علامة Wohlers التجارية لدعم التبني الأوسع لـ AM في جميع أنحاء العالم.من خلال مركز التميز ASTM AM ، ستواصل Wohlers Associates إنتاج تقارير Wohlers ومنشورات أخرى ، بالإضافة إلى تقديم الخدمات الاستشارية ، وتحليل السوق والتدريب.
لقد نضجت صناعة المواد المضافة والعديد من الصناعات تستخدم التكنولوجيا لمجموعة واسعة من التطبيقات.لكن الطباعة ثلاثية الأبعاد لن تحل محل معظم أشكال التصنيع الأخرى.بدلاً من ذلك ، يتم استخدامه لإنشاء أنواع جديدة من المنتجات ونماذج الأعمال.تستخدم المؤسسات AM لتقليل وزن الأجزاء وتقليل المهل الزمنية وتكاليف الأدوات وتحسين تخصيص المنتج وأدائه.من المتوقع أن تواصل صناعة التصنيع الإضافي مسار نموها مع ظهور شركات ومنتجات وخدمات وتطبيقات وحالات استخدام جديدة ، غالبًا بسرعة فائقة.