Aditivna proizvodnja, poznata i kao 3D štampa, nastavila je da se razvija skoro 35 godina od svoje komercijalne upotrebe.Vazdušna, automobilska, odbrambena, energetska, transportna, medicinska, stomatološka i potrošačka industrija koriste aditivnu proizvodnju za širok spektar primena.
Uz tako rašireno usvajanje, jasno je da aditivna proizvodnja nije rješenje za sve.Prema standardu za terminologiju ISO/ASTM 52900, skoro svi komercijalni sistemi za proizvodnju aditiva spadaju u jednu od sedam kategorija procesa.To uključuje ekstruziju materijala (MEX), fotopolimerizaciju u kadi (VPP), fuziju sloja praha (PBF), raspršivanje veziva (BJT), prskanje materijala (MJT), usmjereno taloženje energije (DED) i laminaciju listova (SHL).Ovdje su sortirani po popularnosti na osnovu prodaje jedinica.
Sve veći broj profesionalaca u industriji, uključujući inženjere i menadžere, uči kada aditivna proizvodnja može pomoći u poboljšanju proizvoda ili procesa, a kada ne.Istorijski gledano, glavne inicijative za implementaciju aditivne proizvodnje dolazile su od inženjera s iskustvom u tehnologiji.Menadžment vidi više primjera kako aditivna proizvodnja može poboljšati produktivnost, smanjiti vrijeme isporuke i stvoriti nove poslovne prilike.AM neće zamijeniti većinu tradicionalnih oblika proizvodnje, ali će postati dio preduzetničkog arsenala razvoja proizvoda i proizvodnih sposobnosti.
Aditivna proizvodnja ima širok spektar primjena, od mikrofluidike do velikih konstrukcija.Prednosti AM razlikuju se ovisno o industriji, primjeni i potrebnim performansama.Organizacije moraju imati dobre razloge za implementaciju AM, bez obzira na slučaj upotrebe.Najčešći su konceptualno modeliranje, provjera dizajna i provjera prikladnosti i funkcionalnosti.Sve više kompanija ga koristi za kreiranje alata i aplikacija za masovnu proizvodnju, uključujući razvoj proizvoda po narudžbi.
Za primjenu u svemiru, težina je glavni faktor.Postavljanje tereta od 0,45 kg u Zemljinu orbitu košta oko 10.000 dolara, prema NASA-inom centru za svemirske letove Marshall.Smanjenje težine satelita može uštedjeti na troškovima lansiranja.Priložena slika prikazuje metalni AM dio Swissto12 koji kombinira nekoliko valovoda u jedan dio.Sa AM, težina se smanjuje na manje od 0,08 kg.
Aditivna proizvodnja se koristi u cijelom lancu vrijednosti u energetskoj industriji.Za neke kompanije, poslovni slučaj upotrebe AM je brzo ponavljanje projekata kako bi se stvorio najbolji mogući proizvod u najkraćem vremenu.U industriji nafte i plina, oštećeni dijelovi ili sklopovi mogu koštati hiljade dolara ili više zbog izgubljene produktivnosti po satu.Upotreba AM za vraćanje operacija može biti posebno atraktivna.
Veliki proizvođač DED sistema MX3D objavio je prototip alata za popravku cijevi.Oštećeni cevovod može koštati između 100.000 i 1.000.000 evra (113.157-1.131.570 dolara) dnevno, prema kompaniji.Učvršćenje prikazano na sljedećoj stranici koristi CNC dio kao okvir i koristi DED za zavarivanje obima cijevi.AM obezbeđuje visoke stope taloženja uz minimalan otpad, dok CNC obezbeđuje potrebnu preciznost.
2021. godine, 3D štampano kućište za vodu instalirano je na naftnoj platformi TotalEnergies u Sjevernom moru.Vodeni omotači su kritični element koji se koristi za kontrolu povrata ugljikovodika u bušotinama u izgradnji.U ovom slučaju, prednosti korištenja aditivne proizvodnje su skraćeno vrijeme isporuke i smanjene emisije za 45% u usporedbi s tradicionalnim kovanim vodenim jaknama.
Drugi poslovni slučaj za aditivnu proizvodnju je smanjenje skupih alata.Phone Scope je razvio adaptere za digitalizaciju za uređaje koji povezuju kameru vašeg telefona sa teleskopom ili mikroskopom.Svake godine se objavljuju novi telefoni, što zahtijeva od kompanija da izdaju novu liniju adaptera.Koristeći AM, kompanija može uštedjeti novac na skupim alatima koje je potrebno zamijeniti kada se novi telefoni puste u prodaju.
Kao i kod svakog procesa ili tehnologije, aditivna proizvodnja se ne bi trebala koristiti jer se smatra novim ili drugačijim.Ovo je za poboljšanje razvoja proizvoda i/ili proizvodnih procesa.Trebalo bi dodati vrijednost.Primjeri drugih poslovnih slučajeva uključuju prilagođene proizvode i masovnu prilagodbu, složenu funkcionalnost, integrirane dijelove, manje materijala i težine i poboljšane performanse.
Da bi AM ostvario svoj potencijal rasta, potrebno je riješiti izazove.Za većinu proizvodnih aplikacija, proces mora biti pouzdan i ponovljiv.Naredne metode automatizacije uklanjanja materijala dijelova i nosača i naknadna obrada će pomoći.Automatizacija također povećava produktivnost i smanjuje cijenu po dijelu.
Jedno od područja najvećeg interesa je automatizacija naknadne obrade kao što je uklanjanje praha i završna obrada.Automatizacijom procesa masovne proizvodnje aplikacija, ista tehnologija se može ponoviti hiljade puta.Problem je u tome što specifične metode automatizacije mogu varirati u zavisnosti od tipa, veličine, materijala i procesa.Na primjer, naknadna obrada automatiziranih zubnih krunica se jako razlikuje od obrade dijelova raketnog motora, iako se oba mogu napraviti od metala.
Budući da su dijelovi optimizirani za AM, često se dodaju naprednije funkcije i interni kanali.Za PBF, glavni cilj je uklanjanje 100% praha.Solukon proizvodi automatske sisteme za uklanjanje praha.Kompanija je razvila tehnologiju pod nazivom Smart Powder Recovery (SRP) koja rotira i vibrira metalne dijelove koji su još uvijek pričvršćeni za ploču za izradu.Rotaciju i vibracije kontrolira CAD model dijela.Preciznim pomicanjem i protresanjem dijelova, uhvaćeni prah teče gotovo kao tekućina.Ova automatizacija smanjuje ručni rad i može poboljšati pouzdanost i ponovljivost uklanjanja praha.
Problemi i ograničenja ručnog uklanjanja praha mogu ograničiti održivost upotrebe AM za masovnu proizvodnju, čak iu malim količinama.Solukon sistemi za uklanjanje metalnog praha mogu raditi u inertnoj atmosferi i sakupljati neiskorišteni prah za ponovnu upotrebu u AM mašinama.Solukon je proveo anketu kupaca i objavio studiju u decembru 2021. koja pokazuje da su dvije najveće brige zdravlje na radu i ponovljivost.
Ručno uklanjanje praha sa struktura PBF smole može biti dugotrajno.Kompanije kao što su DyeMansion i PostProcess Technologies grade sisteme za naknadnu obradu za automatsko uklanjanje praha.Mnogi dijelovi za proizvodnju aditiva mogu se ubaciti u sistem koji invertuje i izbacuje medij kako bi se uklonio višak praha.HP ima sopstveni sistem za koji se kaže da uklanja prah iz komore za izgradnju Jet Fusion 5200 za 20 minuta.Sistem skladišti neotopljeni prah u posebnom kontejneru za ponovnu upotrebu ili recikliranje za druge primjene.
Kompanije mogu imati koristi od automatizacije ako se može primijeniti na većinu koraka naknadne obrade.DyeMansion nudi sisteme za uklanjanje praha, pripremu površine i farbanje.PowerFuse S sistem učitava dijelove, pari glatke dijelove i istovaruje ih.Kompanija obezbeđuje stalak od nerđajućeg čelika za viseće delove, koji se radi ručno.PowerFuse S sistem može proizvesti površinu sličnu kalupu za injektiranje.
Najveći izazov s kojim se industrija suočava je razumijevanje stvarnih mogućnosti koje automatizacija nudi.Ako je potrebno napraviti milion polimernih dijelova, tradicionalni procesi livenja ili kalupljenja mogu biti najbolje rješenje, iako to ovisi o dijelu.AM je često dostupan za prvu proizvodnju u proizvodnji i testiranju alata.Kroz automatizovanu naknadnu obradu, hiljade delova se mogu proizvesti pouzdano i reproducibilno koristeći AM, ali to je specifično za deo i može zahtevati prilagođeno rešenje.
AM nema nikakve veze sa industrijom.Mnoge organizacije predstavljaju zanimljive rezultate istraživanja i razvoja koji mogu dovesti do pravilnog funkcionisanja proizvoda i usluga.U vazduhoplovnoj industriji, Relativity Space proizvodi jedan od najvećih sistema za proizvodnju metalnih aditiva koristeći vlasničku DED tehnologiju, za koju se kompanija nada da će se koristiti za proizvodnju većine njenih raketa.Njena raketa Terran 1 može isporučiti teret od 1.250 kg u nisku Zemljinu orbitu.Relativity planira lansirati probnu raketu sredinom 2022. i već planira veću raketu za višekratnu upotrebu pod nazivom Terran R.
Relativity Space rakete Terran 1 i R inovativan su način da se ponovo zamisli kako bi budući svemirski letovi mogli izgledati.Dizajn i optimizacija za aditivnu proizvodnju izazvali su interesovanje za ovaj razvoj.Kompanija tvrdi da ova metoda smanjuje broj dijelova za 100 puta u odnosu na tradicionalne rakete.Kompanija također tvrdi da može proizvesti rakete od sirovina u roku od 60 dana.Ovo je odličan primjer kombiniranja mnogih dijelova u jedan i uvelike pojednostavljivanja lanca opskrbe.
U stomatološkoj industriji, aditivna proizvodnja se koristi za izradu krunica, mostova, šablona za kirurško bušenje, djelomičnih proteza i alignera.Align Technology i SmileDirectClub koriste 3D štampanje za proizvodnju delova za termoformiranje prozirnih plastičnih poravnava.Align Technology, proizvođač proizvoda sa brendom Invisalign, koristi mnoge fotopolimerizacijske sisteme u kadama 3D Systems.Kompanija je 2021. godine rekla da je liječila preko 10 miliona pacijenata otkako je 1998. godine dobila odobrenje FDA. Ako se tretman tipičnog pacijenta sastoji od 10 alajnera, što je niska procjena, kompanija je proizvela 100 miliona ili više AM dijelova.FRP dijelove je teško reciklirati jer su termoreaktivni.SmileDirectClub koristi HP Multi Jet Fusion (MJF) sistem za proizvodnju termoplastičnih dijelova koji se mogu reciklirati za druge primjene.
Istorijski gledano, VPP nije bio u mogućnosti proizvesti tanke, prozirne dijelove sa svojstvima čvrstoće za upotrebu kao ortodontski aparati.2021. LuxCreo i Graphy su objavili moguće rješenje.Od februara Graphy ima odobrenje FDA za direktno 3D štampanje zubnih aparata.Ako ih direktno odštampate, proces od kraja do kraja smatra se kraćim, lakšim i potencijalno jeftinijim.
Rani razvoj koji je privukao veliku pažnju medija bila je upotreba 3D štampanja za velike građevinske aplikacije kao što je stanovanje.Često se zidovi kuće štampaju ekstruzijom.Svi ostali dijelovi kuće izrađeni su tradicionalnim metodama i materijalima, uključujući podove, stropove, krovove, stepenice, vrata, prozore, uređaje, ormare i radne ploče.3D štampani zidovi mogu povećati troškove instalacije struje, rasvjete, vodovoda, kanalizacije i ventilacijskih otvora za grijanje i klimatizaciju.Završna obrada unutrašnjosti i eksterijera betonskog zida je teža nego kod tradicionalnog dizajna zida.Modernizacija doma sa 3D štampanim zidovima je takođe važna stvar.
Istraživači u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge proučavaju kako skladištiti energiju u 3D štampanim zidovima.Umetanjem cijevi u zid tokom izgradnje, kroz njega može teći voda za grijanje i hlađenje. Ovaj R&D projekat je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja. Ovaj R&D projekat je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja.Ovaj istraživački projekat je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja.Ovaj istraživački projekat je zanimljiv i inovativan, ali je još u ranoj fazi razvoja.
Većina nas još nije upoznata s ekonomikom 3D štampanja građevinskih dijelova ili drugih velikih objekata.Tehnologija je korištena za izradu nekih mostova, tendi, parkovskih klupa i ukrasnih elemenata za zgrade i vanjsko okruženje.Vjeruje se da se prednosti aditivne proizvodnje u malim razmjerima (od nekoliko centimetara do nekoliko metara) odnose na 3D printanje velikih razmjera.Glavne prednosti upotrebe aditivne proizvodnje uključuju stvaranje složenih oblika i karakteristika, smanjenje broja dijelova, smanjenje materijala i težine i povećanje produktivnosti.Ako AM ne dodaje vrijednost, treba dovesti u pitanje njegovu korisnost.
U oktobru 2021. Stratasys je kupio preostalih 55% udjela u Xaar 3D, podružnici britanskog proizvođača industrijskih inkjet štampača Xaar.Stratasysova polimerna PBF tehnologija, nazvana Selective Absorbion Fusion, zasnovana je na Xaar inkjet glavama za štampanje.Stroj Stratasys H350 se takmiči sa HP MJF sistemom.
Kupovina Desktop Metala bila je impresivna.U februaru 2021. kompanija je kupila Envisiontec, dugogodišnjeg proizvođača industrijskih sistema za proizvodnju aditiva.U maju 2021. kompanija je kupila Adaptive3D, proizvođača fleksibilnih VPP polimera.U julu 2021., Desktop Metal je kupio Aerosint, programera procesa prevlake u prahu od više materijala.Najveća akvizicija dogodila se u avgustu kada je Desktop Metal kupio konkurenta ExOne za 575 miliona dolara.
Akvizicija ExOne od strane Desktop Metala okuplja dva renomirana proizvođača metalnih BJT sistema.Generalno, tehnologija još nije dostigla nivo za koji mnogi veruju.Kompanije nastavljaju da se bave pitanjima kao što su ponovljivost, pouzdanost i razumevanje osnovnog uzroka problema kada se pojave.Čak i tako, ako se problemi riješe, još uvijek ima prostora da tehnologija dosegne veća tržišta.U julu 2021. godine, 3DEO, provajder usluga koji koristi vlasnički sistem 3D štampanja, rekao je da je isporučio milioniti deo kupcima.
Programeri softvera i platformi u oblaku zabilježili su značajan rast u industriji aditivne proizvodnje.Ovo posebno važi za sisteme upravljanja učinkom (MES) koji prate AM lanac vrednosti.3D Systems je pristao da kupi Oqton u septembru 2021. za 180 miliona dolara.Osnovan 2017. godine, Oqton pruža rješenja zasnovana na oblaku za poboljšanje toka posla i poboljšanje AM efikasnosti.Materialize je kupio Link3D u novembru 2021. za 33,5 miliona dolara.Kao i Oqton, Link3D platforma u oblaku prati rad i pojednostavljuje AM radni tok.
Jedna od najnovijih akvizicija u 2021. je akvizicija Wohlers Associates od strane ASTM International.Zajedno rade na iskorištavanju brenda Wohlers kako bi podržali šire usvajanje AM-a širom svijeta.Kroz ASTM AM centar izvrsnosti, Wohlers Associates će nastaviti da proizvodi Wohlers izvještaje i druge publikacije, kao i pruža savjetodavne usluge, analizu tržišta i obuku.
Industrija aditivne proizvodnje je sazrela i mnoge industrije koriste tehnologiju za širok spektar primjena.Ali 3D štampa neće zamijeniti većinu drugih oblika proizvodnje.Umjesto toga, koristi se za kreiranje novih vrsta proizvoda i poslovnih modela.Organizacije koriste AM za smanjenje težine dijelova, smanjenje vremena isporuke i troškova alata i poboljšanje personalizacije proizvoda i performansi.Očekuje se da će industrija aditivne proizvodnje nastaviti svoju putanju rasta uz pojavu novih kompanija, proizvoda, usluga, aplikacija i slučajeva upotrebe, često vrtoglavom brzinom.