Aditivna proizvodnja, poznata i kao 3D printanje, kontinuirano se razvija već skoro 35 godina od svoje komercijalne upotrebe. Aditivna proizvodnja se koristi u vazduhoplovnoj, automobilskoj, odbrambenoj, energetskoj, transportnoj, medicinskoj, stomatološkoj i potrošačkoj industriji za širok spektar primjena.
S tako široko rasprostranjenom primjenom, jasno je da aditivna proizvodnja nije univerzalno rješenje. Prema terminološkom standardu ISO/ASTM 52900, gotovo svi komercijalni sistemi aditivne proizvodnje spadaju u jednu od sedam kategorija procesa. To uključuje ekstruziju materijala (MEX), fotopolimerizaciju u kadi (VPP), fuziju u sloju praha (PBF), prskanje veziva (BJT), prskanje materijala (MJT), usmjereno taloženje energije (DED) i laminaciju listova (SHL). Ovdje su sortirani po popularnosti na osnovu prodaje po jedinici.
Sve veći broj stručnjaka u industriji, uključujući inženjere i menadžere, uči kada aditivna proizvodnja može pomoći u poboljšanju proizvoda ili procesa, a kada ne. Historijski gledano, glavne inicijative za implementaciju aditivne proizvodnje dolazile su od inženjera koji imaju iskustva s tom tehnologijom. Menadžment vidi više primjera kako aditivna proizvodnja može poboljšati produktivnost, smanjiti vrijeme isporuke i stvoriti nove poslovne prilike. Aditivna proizvodnja neće zamijeniti većinu tradicionalnih oblika proizvodnje, ali će postati dio poduzetnikovog arsenala razvoja proizvoda i proizvodnih mogućnosti.
Aditivna proizvodnja ima širok spektar primjena, od mikrofluidike do gradnje velikih razmjera. Prednosti aditivne proizvodnje variraju ovisno o industriji, primjeni i potrebnim performansama. Organizacije moraju imati dobre razloge za implementaciju aditivne proizvodnje, bez obzira na slučaj upotrebe. Najčešći su konceptualno modeliranje, verifikacija dizajna i verifikacija prikladnosti i funkcionalnosti. Sve više kompanija je koristi za kreiranje alata i aplikacija za masovnu proizvodnju, uključujući razvoj prilagođenih proizvoda.
Za primjene u vazduhoplovstvu, težina je glavni faktor. Prema NASA-inom Centru za svemirske letove Marshall, postavljanje tereta od 0,45 kg u Zemljinu orbitu košta oko 10.000 dolara. Smanjenje težine satelita može uštedjeti na troškovima lansiranja. Priložena slika prikazuje metalni Swissto12 AM dio koji kombinuje nekoliko talasovoda u jedan dio. Sa AM-om, težina je smanjena na manje od 0,08 kg.
Aditivna proizvodnja se koristi u cijelom lancu vrijednosti u energetskoj industriji. Za neke kompanije, poslovni argument za korištenje aditivne proizvodnje je brzo ponavljanje projekata kako bi se stvorio najbolji mogući proizvod u najkraćem mogućem roku. U naftnoj i plinskoj industriji, oštećeni dijelovi ili sklopovi mogu koštati hiljade dolara ili više zbog gubitka produktivnosti po satu. Korištenje aditivne proizvodnje za obnavljanje poslovanja može biti posebno atraktivno.
Veliki proizvođač DED sistema, MX3D, izdao je prototip alata za popravku cijevi. Oštećeni cjevovod može koštati između 100.000 i 1.000.000 eura (113.157-1.131.570 dolara) dnevno, prema podacima kompanije. Uređaj prikazan na sljedećoj stranici koristi CNC dio kao okvir i koristi DED za zavarivanje obima cijevi. AM omogućava visoke brzine nanošenja uz minimalan otpad, dok CNC pruža potrebnu preciznost.
U 2021. godini, 3D printana vodena obloga instalirana je na naftnoj platformi TotalEnergies u Sjevernom moru. Vodene obloge su ključni element koji se koristi za kontrolu iscrpljivanja ugljikovodika u bušotinama u izgradnji. U ovom slučaju, prednosti korištenja aditivne proizvodnje su smanjeno vrijeme isporuke i smanjenje emisija za 45% u poređenju s tradicionalnim kovanim vodenim oblogama.
Još jedan poslovni slučaj za aditivnu proizvodnju je smanjenje skupih alata. Phone Scope je razvio adaptere za digiskoping za uređaje koji povezuju kameru vašeg telefona sa teleskopom ili mikroskopom. Novi telefoni se izdaju svake godine, što zahtijeva od kompanija da izdaju novu liniju adaptera. Korištenjem aditivne proizvodnje, kompanija može uštedjeti novac na skupim alatima koje je potrebno zamijeniti kada se izdaju novi telefoni.
Kao i kod bilo kojeg procesa ili tehnologije, aditivna proizvodnja ne bi trebala biti korištena jer se smatra novom ili drugačijom. Cilj je poboljšati razvoj proizvoda i/ili proizvodne procese. Trebala bi dodati vrijednost. Primjeri drugih poslovnih slučajeva uključuju prilagođene proizvode i masovno prilagođavanje, složenu funkcionalnost, integrirane dijelove, manju količinu materijala i težine te poboljšane performanse.
Da bi aditivna proizvodnja (AM) ostvarila svoj potencijal rasta, potrebno je riješiti izazove. Za većinu proizvodnih primjena, proces mora biti pouzdan i ponovljiv. Naknadne metode automatizacije uklanjanja materijala s dijelova i nosača te naknadne obrade pomoći će u tome. Automatizacija također povećava produktivnost i smanjuje troškove po dijelu.
Jedno od područja od najvećeg interesa je automatizacija naknadne obrade, kao što je uklanjanje praha i završna obrada. Automatizacijom procesa masovne proizvodnje aplikacija, ista tehnologija se može ponoviti hiljadama puta. Problem je što se specifične metode automatizacije mogu razlikovati ovisno o vrsti dijela, veličini, materijalu i procesu. Na primjer, naknadna obrada automatiziranih zubnih krunica vrlo se razlikuje od obrade dijelova raketnog motora, iako obje mogu biti napravljene od metala.
Budući da su dijelovi optimizirani za AM (amtičku proizvodnju), često se dodaju naprednije funkcije i interni kanali. Za PBF, glavni cilj je ukloniti 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 trešenjem dijelova, zarobljeni 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 korištenja aditivne proizvodnje (AM) za masovnu proizvodnju, čak i u 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 među kupcima i objavio studiju u decembru 2021. godine koja pokazuje da su dvije najveće brige zdravlje na radu i ponovljivost.
Ručno uklanjanje praha iz PBF smolnih struktura može oduzeti mnogo vremena. Kompanije poput DyeMansion i PostProcess Technologies grade sisteme za naknadnu obradu koji automatski uklanjaju prah. Mnogi dijelovi aditivne proizvodnje mogu se ubaciti u sistem koji invertuje i izbacuje medij kako bi se uklonio višak praha. HP ima vlastiti sistem za koji se kaže da uklanja prah iz komore za izradu Jet Fusion 5200 za 20 minuta. Sistem skladišti nerastopljeni prah u zasebnom spremniku za ponovnu upotrebu ili recikliranje za druge primjene.
Kompanije mogu imati koristi od automatizacije ako se ona može primijeniti na većinu koraka naknadne obrade. DyeMansion nudi sisteme za uklanjanje praha, pripremu površine i farbanje. PowerFuse S sistem utovaruje dijelove, pari glatke dijelove i istovaruje ih. Kompanija obezbjeđuje stalak od nehrđajućeg čelika za vješanje dijelova, što se radi ručno. PowerFuse S sistem može proizvesti površinu sličnu kalupu za brizganje.
Najveći izazov s kojim se industrija suočava je razumijevanje stvarnih mogućnosti koje automatizacija nudi. Ako je potrebno napraviti milion polimernih dijelova, tradicionalni procesi lijevanja ili oblikovanja mogu biti najbolje rješenje, iako to ovisi o dijelu. AM je često dostupan za prvu proizvodnu seriju u proizvodnji i testiranju alata. Kroz automatiziranu naknadnu obradu, hiljade dijelova mogu se pouzdano i reproducibilno proizvesti korištenjem AM-a, ali je to specifično za dio i može zahtijevati prilagođeno rješenje.
AM nema nikakve veze s industrijom. Mnoge organizacije predstavljaju zanimljive rezultate istraživanja i razvoja koji mogu dovesti do pravilnog funkcioniranja proizvoda i usluga. U zrakoplovnoj industriji, Relativity Space proizvodi jedan od najvećih sistema za aditivnu proizvodnju metala koristeći vlasničku DED tehnologiju, za koju se kompanija nada da će se koristiti za proizvodnju većine svojih raketa. Njihova raketa Terran 1 može isporučiti teret od 1.250 kg u nisku Zemljinu orbitu. Relativity planira lansirati probnu raketu sredinom 2022. godine i već planira veću, višekratnu raketu pod nazivom Terran R.
Rakete Terran 1 i R kompanije Relativity Space predstavljaju inovativan način da se redefiniše kako bi budući svemirski letovi mogli izgledati. Dizajn i optimizacija za aditivnu proizvodnju izazvali su interes za ovaj razvoj. Kompanija tvrdi da ova metoda smanjuje broj dijelova za 100 puta u poređenju s tradicionalnim raketama. Kompanija također tvrdi da može proizvesti rakete od sirovina u roku od 60 dana. Ovo je odličan primjer kombinovanja mnogih dijelova u jedan i značajnog pojednostavljenja lanca snabdijevanja.
U stomatološkoj industriji, aditivna proizvodnja se koristi za izradu krunica, mostova, šablona za hirurško bušenje, djelomičnih proteza i alignera. Align Technology i SmileDirectClub koriste 3D printanje za proizvodnju dijelova za termoformiranje prozirnih plastičnih alignera. Align Technology, proizvođač proizvoda marke Invisalign, koristi mnoge sisteme fotopolimerizacije u 3D Systems kadama. Kompanija je 2021. godine saopštila da je liječila preko 10 miliona pacijenata otkako je dobila odobrenje FDA 1998. godine. Ako se tipičan tretman pacijenta sastoji od 10 alignera, što je niska procjena, kompanija je proizvela 100 miliona ili više AM dijelova. FRP dijelove je teško reciklirati jer su termostabilni. SmileDirectClub koristi HP Multi Jet Fusion (MJF) sistem za proizvodnju termoplastičnih dijelova koji se mogu reciklirati za druge primjene.
Historijski gledano, VPP nije bio u stanju proizvesti tanke, prozirne dijelove sa svojstvima čvrstoće za upotrebu kao ortodontski aparati. LuxCreo i Graphy su 2021. godine objavili moguće rješenje. Od februara, Graphy ima odobrenje FDA za direktno 3D štampanje stomatoloških aparata. Ako ih štampate direktno, cijeli proces se smatra kraćim, lakšim i potencijalno jeftinijim.
Rani razvoj koji je privukao mnogo medijske pažnje bila je upotreba 3D printanja za velike građevinske primjene, kao što je gradnja kuća. Zidovi kuće se često printaju ekstruzijom. Svi ostali dijelovi kuće napravljeni su korištenjem tradicionalnih metoda i materijala, uključujući podove, plafone, krovove, stepenice, vrata, prozore, uređaje, ormare i radne ploče. 3D printani zidovi mogu povećati troškove instalacije električne energije, rasvjete, vodovoda, kanala i ventilacijskih otvora za grijanje i klimatizaciju. Završna obrada unutrašnjosti i vanjštine betonskog zida je teža nego kod tradicionalnog dizajna zidova. Modernizacija doma 3D printanim zidovima također je važno razmatranje.
Istraživači u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge proučavaju kako pohraniti energiju u 3D printane zidove. Umetanjem cijevi u zid tokom izgradnje, voda može teći kroz njega za grijanje i hlađenje. Ovaj istraživačko-razvojni projekat je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja. Ovaj istraživačko-razvojni 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 uvijek u ranoj fazi razvoja.
Većina nas još nije upoznata s ekonomijom 3D printanja građevinskih dijelova ili drugih velikih objekata. Tehnologija je korištena za proizvodnju nekih mostova, tendi, klupa za parkove i dekorativnih elemenata za zgrade i vanjsko okruženje. Vjeruje se da se prednosti aditivne proizvodnje u malim razmjerima (od nekoliko centimetara do nekoliko metara) primjenjuju i na 3D printanje velikih razmjera. Glavne prednosti korištenja aditivne proizvodnje uključuju stvaranje složenih oblika i karakteristika, smanjenje broja dijelova, smanjenje materijala i težine te povećanje produktivnosti. Ako aditivna proizvodnja ne dodaje vrijednost, treba dovesti u pitanje njenu korisnost.
U oktobru 2021. godine, Stratasys je preuzeo preostalih 55% udjela u Xaar 3D, podružnici britanskog proizvođača industrijskih inkjet štampača Xaar. Stratasysova polimerna PBF tehnologija, nazvana Selektivna apsorpcijska fuzija, zasnovana je na Xaar inkjet glavama za štampanje. Mašina Stratasys H350 konkuriše HP MJF sistemu.
Kupovina Desktop Metala bila je impresivna. U februaru 2021. godine, kompanija je preuzela Envisiontec, dugogodišnjeg proizvođača industrijskih sistema za aditivnu proizvodnju. U maju 2021. godine, kompanija je preuzela Adaptive3D, kompaniju koja razvija fleksibilne VPP polimere. U julu 2021. godine, Desktop Metal je preuzeo Aerosint, kompaniju koja razvija procese ponovnog premazivanja višematerijalnim praškastim premazom. Najveća akvizicija dogodila se u augustu kada je Desktop Metal kupio konkurenta ExOne za 575 miliona dolara.
Akvizicija kompanije ExOne od strane kompanije Desktop Metal spaja dva renomirana proizvođača metalnih BJT sistema. Općenito, tehnologija još nije dostigla nivo koji mnogi vjeruju. Kompanije nastavljaju da se bave pitanjima kao što su ponovljivost, pouzdanost i razumijevanje uzroka problema kako se oni javljaju. Uprkos tome, ako se problemi riješe, još uvijek postoji prostor da tehnologija dosegne veća tržišta. U julu 2021. godine, 3DEO, pružatelj usluga koji koristi vlasnički sistem 3D štampanja, saopštio je da je isporučio milioniti primjerak kupcima.
Programeri softvera i cloud platformi zabilježili su značajan rast u industriji aditivne proizvodnje. To se posebno odnosi na sisteme upravljanja performansama (MES) koji prate lanac vrijednosti aditivne proizvodnje. 3D Systems je pristao na akviziciju Oqtona u septembru 2021. za 180 miliona dolara. Osnovan 2017. godine, Oqton pruža cloud rješenja za poboljšanje radnog procesa i efikasnosti aditivne proizvodnje. Materialize je preuzeo Link3D u novembru 2021. za 33,5 miliona dolara. Poput Oqtona, Link3D-ova cloud platforma prati rad i pojednostavljuje radni proces aditivne proizvodnje.
Jedna od najnovijih akvizicija u 2021. godini je akvizicija Wohlers Associates od strane ASTM International. Zajedno rade na iskorištavanju brenda Wohlers kako bi podržali šire usvajanje aditivnog inženjerstva (AM) širom svijeta. Kroz ASTM AM Centar izvrsnosti, Wohlers Associates će nastaviti izrađivati ​​Wohlers izvještaje i druge publikacije, kao i pružati savjetodavne usluge, analizu tržišta i obuku.
Industrija aditivne proizvodnje je sazrela i mnoge industrije koriste ovu tehnologiju za širok spektar primjena. Ali 3D printanje neće zamijeniti većinu drugih oblika proizvodnje. Umjesto toga, koristi se za stvaranje novih vrsta proizvoda i poslovnih modela. Organizacije koriste aditivnu proizvodnju kako bi smanjile težinu dijelova, smanjile vrijeme isporuke i troškove alata te poboljšale personalizaciju i performanse proizvoda. Očekuje se da će industrija aditivne proizvodnje nastaviti svoju putanju rasta s pojavom novih kompanija, proizvoda, usluga, aplikacija i slučajeva upotrebe, često vrtoglavom brzinom.