Адитивното производство, известно още като 3D принтиране, продължава да се развива в продължение на почти 35 години след търговската му употреба.Аерокосмическата, автомобилната, отбранителната, енергийната, транспортната, медицинската, стоматологичната и потребителската промишленост използват адитивното производство за широк спектър от приложения.
С такова широко разпространение е ясно, че адитивното производство не е универсално решение.Съгласно терминологичния стандарт ISO/ASTM 52900 почти всички търговски системи за производство на добавки попадат в една от седемте категории процеси.Те включват екструдиране на материал (MEX), фотополимеризация във вана (VPP), сливане на прахово легло (PBF), пръскане на свързващо вещество (BJT), пръскане на материал (MJT), насочено отлагане на енергия (DED) и ламиниране на листове (SHL).Тук те са сортирани по популярност въз основа на продажби на единица.
Все по-голям брой професионалисти в индустрията, включително инженери и мениджъри, научават кога адитивното производство може да помогне за подобряване на продукт или процес и кога не.В исторически план основните инициативи за прилагане на адитивното производство идват от инженери с опит в технологията.Ръководството вижда повече примери за това как адитивното производство може да подобри производителността, да намали времето за изпълнение и да създаде нови бизнес възможности.АМ няма да замени повечето традиционни форми на производство, но ще стане част от арсенала на предприемача за разработване на продукти и производствени възможности.
Производството на добавки има широк спектър от приложения, от микрофлуиди до мащабно строителство.Ползите от AM варират според индустрията, приложението и изискваната производителност.Организациите трябва да имат основателни причини за внедряване на AM, независимо от случая на употреба.Най-често срещаните са концептуално моделиране, проверка на дизайна и проверка на годността и функционалността.Все повече компании го използват за създаване на инструменти и приложения за масово производство, включително разработване на продукти по поръчка.
За аерокосмически приложения теглото е основен фактор.Струва около 10 000 долара, за да поставите полезен товар от 0,45 кг в околоземна орбита, според Центъра за космически полети Маршал на НАСА.Намаляването на теглото на сателитите може да спести разходи за изстрелване.Приложеното изображение показва метална AM част Swissto12, която комбинира няколко вълновода в една част.При AM теглото е намалено до под 0,08 кг.
Адитивното производство се използва по цялата верига на стойността в енергийната индустрия.За някои компании бизнес аргументът за използване на АМ е бързо итериране на проекти за създаване на възможно най-добрия продукт за най-кратко време.В нефтената и газовата промишленост повредените части или възли могат да струват хиляди долари или повече загубена производителност на час.Използването на AM за възстановяване на операции може да бъде особено привлекателно.
Основният производител на системи DED MX3D пусна прототип на инструмент за ремонт на тръби.Повреденият тръбопровод може да струва между €100 000 и €1 000 000 ($113 157 – $1 131 570) на ден, според компанията.Приспособлението, показано на следващата страница, използва CNC част като рамка и използва DED за заваряване на обиколката на тръбата.AM осигурява висока скорост на отлагане с минимални отпадъци, докато CNC осигурява необходимата прецизност.
През 2021 г. 3D отпечатан воден корпус беше инсталиран на петролна платформа на TotalEnergies в Северно море.Водните ризи са критичен елемент, използван за контролиране на възстановяването на въглеводороди в кладенци в процес на изграждане.В този случай ползите от използването на адитивно производство са намалени времена за изпълнение и намалени емисии с 45% в сравнение с традиционните ковани водни ризи.
Друг бизнес случай за адитивното производство е намаляването на скъпите инструменти.Phone Scope разработи дигископиращи адаптери за устройства, които свързват камерата на телефона ви с телескоп или микроскоп.Всяка година се пускат нови телефони, което изисква компаниите да пуснат нова линия адаптери.Използвайки AM, една компания може да спести пари за скъпи инструменти, които трябва да бъдат заменени, когато бъдат пуснати нови телефони.
Както при всеки процес или технология, адитивното производство не трябва да се използва, тъй като се счита за ново или различно.Това е за подобряване на разработването на продукта и/или производствените процеси.Трябва да добавя стойност.Примери за други бизнес случаи включват персонализирани продукти и масово персонализиране, сложна функционалност, интегрирани части, по-малко материал и тегло и подобрена производителност.
За да може АМ да реализира своя потенциал за растеж, предизвикателствата трябва да бъдат адресирани.За повечето производствени приложения процесът трябва да бъде надежден и възпроизводим.Следващите методи за автоматизиране на отстраняването на материал от части и опори и последваща обработка ще помогнат.Автоматизацията също така повишава производителността и намалява цената на част.
Една от областите с най-голям интерес е автоматизацията на последващата обработка, като отстраняване на прах и довършителни работи.Чрез автоматизиране на процеса на масово производство на приложения една и съща технология може да се повтори хиляди пъти.Проблемът е, че специфичните методи за автоматизация могат да варират в зависимост от типа част, размера, материала и процеса.Например, последващата обработка на автоматизирани зъбни коронки е много различна от обработката на частите на ракетния двигател, въпреки че и двете могат да бъдат направени от метал.
Тъй като частите са оптимизирани за AM, често се добавят по-разширени функции и вътрешни канали.За PBF основната цел е премахване на 100% от праха.Solukon произвежда автоматични системи за отстраняване на прах.Компанията е разработила технология, наречена Smart Powder Recovery (SRP), която върти и вибрира метални части, които все още са прикрепени към строителната плоча.Въртенето и вибрациите се контролират от CAD модела на детайла.Чрез прецизно движение и разклащане на частите, уловената пудра тече почти като течност.Тази автоматизация намалява ръчния труд и може да подобри надеждността и възпроизводимостта на отстраняването на праха.
Проблемите и ограниченията на ръчното отстраняване на праха могат да ограничат жизнеспособността на използването на АМ за масово производство, дори в малки количества.Системите за отстраняване на метален прах Solukon могат да работят в инертна атмосфера и да събират неизползван прах за повторна употреба в AM машини.Solukon проведе проучване на клиентите и публикува проучване през декември 2021 г., което показва, че двете най-големи притеснения са професионалното здраве и възпроизводимостта.
Ръчното отстраняване на праха от структурите от PBF смола може да отнеме много време.Компании като DyeMansion и PostProcess Technologies изграждат системи за последваща обработка за автоматично отстраняване на праха.Много части за производство на добавки могат да бъдат заредени в система, която обръща и изхвърля средата, за да отстрани излишния прах.HP има своя собствена система, за която се твърди, че премахва праха от камерата за изграждане на Jet Fusion 5200 за 20 минути.Системата съхранява неразтопен прах в отделен контейнер за повторна употреба или рециклиране за други приложения.
Компаниите могат да се възползват от автоматизацията, ако тя може да се приложи към повечето от стъпките за последваща обработка.DyeMansion предлага системи за отстраняване на прах, подготовка на повърхността и боядисване.Системата PowerFuse S зарежда частите, изпарява гладките части и ги разтоварва.Фирмата предоставя стомана от неръждаема стомана за окачване на части, която се изработва ръчно.Системата PowerFuse S може да произведе повърхност, подобна на шприцформа.
Най-голямото предизвикателство пред индустрията е разбирането на реалните възможности, които автоматизацията може да предложи.Ако трябва да се направят милион полимерни части, традиционните процеси на леене или формоване може да са най-доброто решение, въпреки че това зависи от частта.AM често се предлага за първи производствен цикъл при производство и тестване на инструменти.Чрез автоматизирана последваща обработка хиляди части могат да бъдат произведени надеждно и възпроизводимо с помощта на AM, но това е специфично за частта и може да изисква персонализирано решение.
AM няма нищо общо с индустрията.Много организации представят интересни резултати от изследвания и разработки, които могат да доведат до правилното функциониране на продукти и услуги.В космическата индустрия Relativity Space произвежда една от най-големите системи за производство на метални добавки, използвайки собствена технология DED, която компанията се надява да бъде използвана за производството на по-голямата част от нейните ракети.Неговата ракета Terran 1 може да достави полезен товар от 1250 kg на ниска околоземна орбита.Relativity планира да изстреля тестова ракета в средата на 2022 г. и вече планира по-голяма ракета за многократна употреба, наречена Terran R.
Ракетите Terran 1 и R на Relativity Space са иновативен начин да си представим как може да изглеждат бъдещите космически полети.Дизайнът и оптимизацията за адитивно производство предизвикаха интерес към това развитие.Компанията твърди, че този метод намалява броя на частите 100 пъти в сравнение с традиционните ракети.Компанията също така твърди, че може да произвежда ракети от суровини в рамките на 60 дни.Това е чудесен пример за комбиниране на много части в едно и значително опростяване на веригата за доставки.
В денталната индустрия адитивното производство се използва за направата на коронки, мостове, хирургически шаблони за пробиване, частични протези и подравнители.Align Technology и SmileDirectClub използват 3D печат, за да произвеждат части за термоформоване на прозрачни пластмасови подравнители.Align Technology, производител на продукти с марка Invisalign, използва много от системите за фотополимеризация във ваните 3D Systems.През 2021 г. компанията заяви, че е лекувала над 10 милиона пациенти, откакто е получила одобрението на FDA през 1998 г. Ако типичното лечение на пациент се състои от 10 алайнера, което е ниска оценка, компанията е произвела 100 милиона или повече AM части.Частите от FRP са трудни за рециклиране, защото са термореактивни.SmileDirectClub използва системата HP Multi Jet Fusion (MJF) за производство на термопластични части, които могат да бъдат рециклирани за други приложения.
Исторически погледнато, VPP не е успял да произведе тънки, прозрачни части със здравина за използване като ортодонтски апарати.През 2021 г. LuxCreo и Graphy пуснаха възможно решение.От февруари Graphy има одобрение от FDA за директно 3D принтиране на зъбни апарати.Ако ги отпечатате директно, процесът от край до край се счита за по-кратък, по-лесен и потенциално по-евтин.
Едно ранно развитие, което получи много медийно внимание, беше използването на 3D печат за широкомащабни строителни приложения, като например жилища.Често стените на къщата се отпечатват чрез екструдиране.Всички други части на къщата са направени с помощта на традиционни методи и материали, включително подове, тавани, покриви, стълби, врати, прозорци, уреди, шкафове и плотове.3D отпечатаните стени могат да увеличат разходите за инсталиране на електричество, осветление, водопровод, тръбопроводи и вентилационни отвори за отопление и климатизация.Завършването на интериора и екстериора на бетонна стена е по-трудно, отколкото при традиционен дизайн на стена.Модернизирането на дом с 3D отпечатани стени също е важно съображение.
Изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж проучват как да съхраняват енергия в 3D отпечатани стени.Чрез поставяне на тръби в стената по време на строителството, водата може да тече през нея за отопление и охлаждане. Този научноизследователски и развойен проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие. Този научноизследователски и развойен проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие.Този изследователски проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие.Този изследователски проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие.
Повечето от нас все още не са запознати с икономиката на 3D отпечатването на строителни части или други големи обекти.Технологията е използвана за производството на някои мостове, сенници, паркови пейки и декоративни елементи за сгради и външна среда.Смята се, че предимствата на адитивното производство в малки мащаби (от няколко сантиметра до няколко метра) се отнасят и за широкомащабния 3D печат.Основните предимства от използването на адитивното производство включват създаване на сложни форми и характеристики, намаляване на броя на частите, намаляване на материала и теглото и увеличаване на производителността.Ако АМ не добавя стойност, полезността му трябва да се постави под въпрос.
През октомври 2021 г. Stratasys придоби останалите 55% дял в Xaar 3D, дъщерно дружество на британския производител на индустриални мастиленоструйни принтери Xaar.Полимерната PBF технология на Stratasys, наречена Selective Absorbion Fusion, се основава на Xaar мастиленоструйни печатащи глави.Машината Stratasys H350 се конкурира със системата HP MJF.
Купуването на Desktop Metal беше впечатляващо.През февруари 2021 г. компанията придоби Envisiontec, дългогодишен производител на индустриални системи за производство на добавки.През май 2021 г. компанията придоби Adaptive3D, разработчик на гъвкави VPP полимери.През юли 2021 г. Desktop Metal придоби Aerosint, разработчик на процеси за препокриване на прахово покритие с много материали.Най-голямото придобиване дойде през август, когато Desktop Metal купи конкурента ExOne за $575 милиона.
Придобиването на ExOne от Desktop Metal обединява двама реномирани производители на метални BJT системи.Като цяло технологията все още не е достигнала нивото, което мнозина вярват.Компаниите продължават да се занимават с въпроси като повторяемост, надеждност и разбиране на първопричината за проблемите, когато възникнат.Въпреки това, ако проблемите бъдат разрешени, все още има място технологията да достигне до по-големи пазари.През юли 2021 г. 3DEO, доставчик на услуги, използващ собствена система за 3D печат, заяви, че е доставил една милионна част на клиентите.
Разработчиците на софтуер и облачни платформи отбелязаха значителен растеж в индустрията за производство на добавки.Това е особено вярно за системите за управление на ефективността (MES), които проследяват веригата на стойността на AM.3D Systems се съгласи да придобие Oqton през септември 2021 г. за 180 милиона долара.Основана през 2017 г., Oqton предоставя базирани на облак решения за подобряване на работния процес и подобряване на ефективността на AM.Materialize придоби Link3D през ноември 2021 г. за 33,5 милиона долара.Подобно на Oqton, облачната платформа на Link3D проследява работата и опростява работния процес на AM.
Едно от последните придобивания през 2021 г. е придобиването на Wohlers Associates от ASTM International.Заедно те работят, за да използват марката Wohlers, за да подкрепят по-широкото приемане на AM в световен мащаб.Чрез Центъра за върхови постижения на ASTM AM Wohlers Associates ще продължи да изготвя доклади на Wohlers и други публикации, както и да предоставя консултантски услуги, анализ на пазара и обучение.
Индустрията за производство на добавки е узряла и много индустрии използват технологията за широк спектър от приложения.Но 3D печатът няма да замени повечето други форми на производство.Вместо това се използва за създаване на нови видове продукти и бизнес модели.Организациите използват АМ, за да намалят теглото на частите, да намалят времето за изпълнение и разходите за инструменти и да подобрят персонализирането и производителността на продукта.Очаква се индустрията за производство на добавки да продължи траекторията си на растеж с появата на нови компании, продукти, услуги, приложения и случаи на употреба, често с главоломна скорост.