La fabricació additiva, també coneguda com a impressió 3D, ha continuat evolucionant durant gairebé 35 anys des del seu ús comercial.Les indústries aeroespacial, automotriu, de defensa, energètica, de transport, mèdica, dental i de consum utilitzen la fabricació additiva per a una àmplia gamma d'aplicacions.
Amb una adopció tan generalitzada, és evident que la fabricació additiva no és una solució única.D'acord amb l'estàndard de terminologia ISO/ASTM 52900, gairebé tots els sistemes comercials de fabricació additiva entren en una de les set categories de processos.Aquests inclouen extrusió de material (MEX), fotopolimerització en bany (VPP), fusió en llit de pols (PBF), polvorització de lligant (BJT), polvorització de material (MJT), deposició d'energia dirigida (DED) i laminació de làmines (SHL).Aquí s'ordenen per popularitat en funció de les vendes d'unitats.
Un nombre creixent de professionals del sector, inclosos enginyers i directius, estan aprenent quan la fabricació additiva pot ajudar a millorar un producte o procés i quan no.Històricament, les principals iniciatives per implementar la fabricació additiva han vingut d'enginyers experimentats amb la tecnologia.La direcció veu més exemples de com la fabricació additiva pot millorar la productivitat, reduir els terminis de lliurament i crear noves oportunitats de negoci.L'AM no substituirà la majoria de les formes tradicionals de fabricació, sinó que es convertirà en part de l'arsenal de desenvolupament de productes i capacitats de fabricació de l'empresari.
La fabricació additiva té una àmplia gamma d'aplicacions, des de la microfluídica fins a la construcció a gran escala.Els avantatges de l'AM varien segons la indústria, l'aplicació i el rendiment requerit.Les organitzacions han de tenir bones raons per implementar AM, independentment del cas d'ús.Els més habituals són el modelatge conceptual, la verificació del disseny i la verificació d'idoneïtat i funcionalitat.Cada cop més empreses l'utilitzen per crear eines i aplicacions per a la producció en massa, inclòs el desenvolupament de productes personalitzats.
Per a aplicacions aeroespacials, el pes és un factor important.Costa uns 10.000 dòlars posar una càrrega útil de 0,45 kg a l'òrbita terrestre, segons el Marshall Space Flight Center de la NASA.Reduir el pes dels satèl·lits pot estalviar costos de llançament.La imatge adjunta mostra una peça AM metàl·lica Swissto12 que combina diverses guies d'ones en una sola part.Amb AM, el pes es redueix a menys de 0,08 kg.
La fabricació additiva s'utilitza al llarg de la cadena de valor de la indústria energètica.Per a algunes empreses, el cas empresarial per utilitzar AM és repetir ràpidament projectes per crear el millor producte possible en el menor temps possible.A la indústria del petroli i el gas, les peces o conjunts danyats poden costar milers de dòlars o més en productivitat perduda per hora.L'ús de l'AM per restaurar les operacions pot ser especialment atractiu.
Un important fabricant de sistemes DED MX3D ha llançat un prototip d'eina de reparació de canonades.Segons l'empresa, una canonada danyada pot costar entre 100.000 i 1.000.000 euros (113.157-1.131.570 dòlars) al dia.El dispositiu que es mostra a la pàgina següent utilitza una peça CNC com a marc i utilitza DED per soldar la circumferència de la canonada.AM proporciona altes taxes de deposició amb un mínim de residus, mentre que CNC proporciona la precisió requerida.
El 2021, es va instal·lar una carcassa d'aigua impresa en 3D a una plataforma petroliera de TotalEnergies al mar del Nord.Les jaquetes d'aigua són un element crític utilitzat per controlar la recuperació d'hidrocarburs en pous en construcció.En aquest cas, els avantatges d'utilitzar la fabricació additiva són la reducció dels terminis de lliurament i la reducció d'emissions en un 45% en comparació amb les jaquetes d'aigua forjades tradicionals.
Un altre cas de negoci per a la fabricació additiva és la reducció d'eines cares.Phone Scope ha desenvolupat adaptadors de digiscoping per a dispositius que connecten la càmera del telèfon a un telescopi o microscopi.Cada any es llancen nous telèfons, de manera que les empreses han de llançar una nova línia d'adaptadors.Mitjançant l'ús de l'AM, una empresa pot estalviar diners en eines cares que s'han de substituir quan s'alliberin telèfons nous.
Com amb qualsevol procés o tecnologia, la fabricació additiva no s'ha d'utilitzar ja que es considera nova o diferent.Això és per millorar el desenvolupament de productes i/o els processos de fabricació.Hauria d'afegir valor.Alguns exemples d'altres casos de negoci inclouen productes personalitzats i personalització massiva, funcionalitats complexes, peces integrades, menys material i pes i rendiment millorat.
Perquè l'AM aconsegueixi el seu potencial de creixement, cal abordar els reptes.Per a la majoria de les aplicacions de fabricació, el procés ha de ser fiable i reproduïble.Els mètodes posteriors per automatitzar l'eliminació de material de peces i suports i el postprocessament ajudaran.L'automatització també augmenta la productivitat i redueix el cost per peça.
Una de les àrees de major interès és l'automatització del postprocessament, com ara l'eliminació de pols i l'acabat.En automatitzar el procés de producció massiva d'aplicacions, la mateixa tecnologia es pot repetir milers de vegades.El problema és que els mètodes d'automatització específics poden variar segons el tipus de peça, la mida, el material i el procés.Per exemple, el postprocessament de corones dentals automatitzades és molt diferent del processament de peces de motor de coets, encara que ambdues poden ser de metall.
Com que les peces estan optimitzades per a AM, sovint s'afegeixen funcions més avançades i canals interns.Per al PBF, l'objectiu principal és eliminar el 100% de la pols.Solukon fabrica sistemes automàtics d'eliminació de pols.La companyia ha desenvolupat una tecnologia anomenada Smart Powder Recovery (SRP) que gira i fa vibrar les peces metàl·liques que encara estan subjectes a la placa de construcció.La rotació i la vibració estan controlades pel model CAD de la peça.En moure i sacsejar les peces amb precisió, la pols capturada flueix gairebé com un líquid.Aquesta automatització redueix el treball manual i pot millorar la fiabilitat i la reproductibilitat de l'eliminació de pols.
Els problemes i limitacions de l'eliminació manual de pols poden limitar la viabilitat d'utilitzar AM per a la producció en massa, fins i tot en petites quantitats.Els sistemes d'eliminació de pols metàl·liques Solukon poden funcionar en una atmosfera inert i recollir la pols no utilitzada per reutilitzar-la en màquines AM.Solukon va realitzar una enquesta als clients i va publicar un estudi el desembre de 2021 que mostrava que les dues principals preocupacions són la salut laboral i la reproductibilitat.
L'eliminació manual de pols de les estructures de resina PBF pot consumir molt de temps.Empreses com DyeMansion i PostProcess Technologies estan construint sistemes de postprocessament per eliminar automàticament la pols.Moltes peces de fabricació additiva es poden carregar en un sistema que inverteix i expulsa el medi per eliminar l'excés de pols.HP té el seu propi sistema que es diu que elimina la pols de la cambra de construcció del Jet Fusion 5200 en 20 minuts.El sistema emmagatzema la pols no fosa en un contenidor separat per a la seva reutilització o reciclatge per a altres aplicacions.
Les empreses es poden beneficiar de l'automatització si es pot aplicar a la majoria dels passos de postprocessament.DyeMansion ofereix sistemes d'eliminació de pols, preparació de superfícies i pintura.El sistema PowerFuse S carrega les peces, vaporitza les parts llises i les descarrega.L'empresa ofereix un bastidor d'acer inoxidable per penjar peces, que es fa a mà.El sistema PowerFuse S pot produir una superfície semblant a un motlle d'injecció.
El repte més gran al qual s'enfronta la indústria és entendre les oportunitats reals que ofereix l'automatització.Si cal fer un milió de peces de polímer, els processos de fosa o modelat tradicionals poden ser la millor solució, tot i que això depèn de la peça.Sovint, l'AM està disponible per a la primera producció en producció i prova d'eines.Mitjançant el postprocessament automatitzat, es poden produir milers de peces de manera fiable i reproduïble amb AM, però és específica de la peça i pot requerir una solució personalitzada.
AM no té res a veure amb la indústria.Moltes organitzacions presenten resultats interessants de recerca i desenvolupament que poden conduir al bon funcionament dels productes i serveis.A la indústria aeroespacial, Relativity Space produeix un dels sistemes de fabricació d'additius metàl·lics més grans amb tecnologia DED patentada, que la companyia espera que s'utilitzi per fabricar la majoria dels seus coets.El seu coet Terran 1 pot lliurar una càrrega útil de 1.250 kg a l'òrbita terrestre baixa.Relativity té previst llançar un coet de prova a mitjans del 2022 i ja està planejant un coet més gran i reutilitzable anomenat Terran R.
Els coets Terran 1 i R de Relativity Space són una forma innovadora de reimaginar com podria ser el futur vol espacial.El disseny i l'optimització per a la fabricació additiva van despertar l'interès en aquest desenvolupament.L'empresa afirma que aquest mètode redueix el nombre de peces en 100 vegades en comparació amb els coets tradicionals.L'empresa també afirma que pot produir coets a partir de matèries primeres en un termini de 60 dies.Aquest és un gran exemple de combinar moltes parts en una i de simplificar molt la cadena de subministrament.
A la indústria dental, la fabricació additiva s'utilitza per fer corones, ponts, plantilles de perforació quirúrgica, pròtesis parcials i alineadores.Align Technology i SmileDirectClub utilitzen la impressió 3D per produir peces per termoformar alineadors de plàstic transparent.Align Technology, fabricant de productes de la marca Invisalign, utilitza molts dels sistemes de fotopolimerització als banys de 3D Systems.L'any 2021, la companyia va dir que havia tractat més de 10 milions de pacients des que va rebre l'aprovació de la FDA el 1998. Si el tractament típic d'un pacient consta de 10 alineadors, que és una estimació baixa, l'empresa ha produït 100 milions o més de peces AM.Les peces de FRP són difícils de reciclar perquè són termoestables.SmileDirectClub utilitza el sistema HP Multi Jet Fusion (MJF) per produir peces termoplàstiques que es poden reciclar per a altres aplicacions.
Històricament, VPP no ha estat capaç de produir peces primes i transparents amb propietats de resistència per utilitzar-les com a aparells d'ortodòncia.El 2021, LuxCreo i Graphy van llançar una possible solució.A partir de febrer, Graphy té l'aprovació de la FDA per a la impressió directa en 3D d'aparells dentals.Si els imprimiu directament, el procés d'extrem a extrem es considera més curt, més fàcil i potencialment menys costós.
Un dels primers desenvolupaments que va rebre molta atenció als mitjans va ser l'ús de la impressió 3D per a aplicacions de construcció a gran escala, com ara l'habitatge.Sovint les parets de la casa s'imprimeixen per extrusió.Totes les altres parts de la casa es van fer amb mètodes i materials tradicionals, com ara terres, sostres, sostres, escales, portes, finestres, electrodomèstics, armaris i taulells.Les parets impreses en 3D poden augmentar el cost d'instal·lar electricitat, il·luminació, fontaneria, conductes i ventilacions per a calefacció i aire condicionat.Acabar l'interior i l'exterior d'un mur de formigó és més difícil que amb un disseny de paret tradicional.Modernitzar una casa amb parets impreses en 3D també és una consideració important.
Els investigadors del Laboratori Nacional d'Oak Ridge estan estudiant com emmagatzemar energia a les parets impreses en 3D.En introduir canonades a la paret durant la construcció, l'aigua pot fluir a través d'ella per escalfar-se i refredar-se. Aquest projecte d'R+D és interessant i innovador, però encara es troba en una fase inicial de desenvolupament. Aquest projecte d'R+D és interessant i innovador, però encara es troba en una fase inicial de desenvolupament.Aquest projecte de recerca és interessant i innovador, però encara es troba en les primeres etapes de desenvolupament.Aquest projecte de recerca és interessant i innovador, però encara en les primeres etapes de desenvolupament.
La majoria de nosaltres encara no estem familiaritzats amb l'economia de la impressió 3D de peces de construcció o altres objectes grans.La tecnologia s'ha utilitzat per produir alguns ponts, tendals, bancs de parc i elements decoratius per a edificis i l'entorn exterior.Es creu que els avantatges de la fabricació additiva a petita escala (des d'uns quants centímetres fins a diversos metres) s'apliquen a la impressió 3D a gran escala.Els principals avantatges de l'ús de la fabricació additiva inclouen la creació de formes i característiques complexes, la reducció del nombre de peces, la reducció del material i el pes i l'augment de la productivitat.Si l'AM no aporta valor, s'ha de qüestionar la seva utilitat.
L'octubre de 2021, Stratasys va adquirir el 55% restant de Xaar 3D, una filial del fabricant britànic d'impressores industrials d'injecció de tinta Xaar.La tecnologia PBF de polímers de Stratasys, anomenada Selective Absorbion Fusion, es basa en capçals d'impressió d'injecció de tinta Xaar.La màquina Stratasys H350 competeix amb el sistema HP MJF.
Comprar Desktop Metal va ser impressionant.El febrer de 2021, l'empresa va adquirir Envisiontec, un fabricant des de fa molt temps de sistemes de fabricació additiva industrial.El maig de 2021, la companyia va adquirir Adaptive3D, un desenvolupador de polímers flexibles de VPP.El juliol de 2021, Desktop Metal va adquirir Aerosint, un desenvolupador de processos de recobriment de recobriment en pols multimaterial.L'adquisició més gran es va produir a l'agost quan Desktop Metal va comprar el competidor ExOne per 575 milions de dòlars.
L'adquisició d'ExOne per Desktop Metal reuneix dos fabricants de renom de sistemes BJT metàl·lics.En general, la tecnologia encara no ha arribat al nivell que molts creuen.Les empreses continuen abordant qüestions com la repetibilitat, la fiabilitat i la comprensió de la causa fonamental dels problemes a mesura que sorgeixen.Tot i així, si es resolen els problemes, encara hi ha espai perquè la tecnologia arribi a mercats més grans.El juliol de 2021, 3DEO, un proveïdor de serveis que utilitzava un sistema d'impressió 3D propietari, va dir que havia enviat una milionèsima part als clients.
Els desenvolupadors de programari i plataformes al núvol han experimentat un creixement significatiu a la indústria de la fabricació additiva.Això és especialment cert per als sistemes de gestió del rendiment (MES) que fan un seguiment de la cadena de valor AM.3D Systems va acordar adquirir Oqton el setembre de 2021 per 180 milions de dòlars.Fundada el 2017, Oqton ofereix solucions basades en núvol per millorar el flux de treball i millorar l'eficiència AM.Materialise va adquirir Link3D el novembre de 2021 per 33,5 milions de dòlars.Igual que Oqton, la plataforma al núvol de Link3D fa un seguiment del treball i simplifica el flux de treball AM.
Una de les últimes adquisicions del 2021 és l'adquisició de Wohlers Associates per part d'ASTM International.Junts estan treballant per aprofitar la marca Wohlers per donar suport a l'adopció més àmplia de l'AM a tot el món.A través del Centre d'Excel·lència ASTM AM, Wohlers Associates continuarà produint informes Wohlers i altres publicacions, així com oferint serveis d'assessorament, anàlisi de mercat i formació.
La indústria de la fabricació additiva ha madurat i moltes indústries estan utilitzant la tecnologia per a una àmplia gamma d'aplicacions.Però la impressió 3D no substituirà la majoria de les altres formes de fabricació.En canvi, s'utilitza per crear nous tipus de productes i models de negoci.Les organitzacions utilitzen AM per reduir el pes de les peces, reduir els terminis de lliurament i els costos de les eines i millorar la personalització i el rendiment del producte.S'espera que la indústria de la fabricació additiva continuï la seva trajectòria de creixement amb noves empreses, productes, serveis, aplicacions i casos d'ús emergents, sovint a una velocitat vertiginosa.