Aditivní výroba, známá také jako 3D tisk, se od svého komerčního využití neustále vyvíjela téměř 35 let.Letecký, automobilový, obranný, energetický, dopravní, lékařský, dentální a spotřební průmysl využívá aditivní výrobu pro širokou škálu aplikací.
S tak rozšířeným přijetím je jasné, že aditivní výroba není univerzálním řešením.Podle terminologické normy ISO/ASTM 52900 spadají téměř všechny komerční systémy aditivní výroby do jedné ze sedmi kategorií procesů.Patří mezi ně extruze materiálu (MEX), fotopolymerizace v lázni (VPP), fúze v práškovém loži (PBF), nástřik pojiva (BJT), nástřik materiálu (MJT), řízená energetická depozice (DED) a laminace plechů (SHL).Zde jsou seřazeny podle oblíbenosti na základě prodeje jednotek.
Rostoucí počet odborníků v oboru, včetně inženýrů a manažerů, se učí, kdy aditivní výroba může pomoci zlepšit produkt nebo proces a kdy ne.Historicky hlavní iniciativy k implementaci aditivní výroby pocházejí od inženýrů, kteří mají s touto technologií zkušenosti.Vedení vidí další příklady toho, jak může aditivní výroba zlepšit produktivitu, zkrátit dodací lhůty a vytvořit nové obchodní příležitosti.AM nenahradí většinu tradičních forem výroby, ale stane se součástí podnikatelova arzenálu vývoje produktů a výrobních schopností.
Aditivní výroba má širokou škálu aplikací, od mikrofluidiky až po konstrukci ve velkém měřítku.Výhody AM se liší podle odvětví, aplikace a požadovaného výkonu.Organizace musí mít dobré důvody pro implementaci AM, bez ohledu na případ použití.Nejběžnější jsou koncepční modelování, ověřování návrhu a ověřování vhodnosti a funkčnosti.Stále více společností jej využívá k vytváření nástrojů a aplikací pro hromadnou výrobu, včetně zakázkového vývoje produktů.
Pro letecké aplikace je hlavním faktorem hmotnost.Podle Marshall Space Flight Center NASA stojí umístění 0,45 kg užitečného nákladu na oběžnou dráhu Země asi 10 000 dolarů.Snížení hmotnosti satelitů může ušetřit náklady na vypouštění.Přiložený obrázek ukazuje kovový AM díl Swissto12, který kombinuje několik vlnovodů do jednoho dílu.S AM je hmotnost snížena na méně než 0,08 kg.
Aditivní výroba se používá v celém hodnotovém řetězci v energetickém průmyslu.Pro některé společnosti je obchodním případem použití AM rychlé opakování projektů k vytvoření nejlepšího možného produktu v co nejkratším čase.V ropném a plynárenském průmyslu mohou poškozené díly nebo sestavy stát tisíce dolarů nebo více ve ztrátě produktivity za hodinu.Použití AM k obnovení operací může být obzvláště atraktivní.
Významný výrobce DED systémů MX3D vydal prototyp nástroje na opravu potrubí.Poškozené potrubí může stát podle společnosti 100 000 až 1 000 000 EUR (113 157 až 1 131 570 USD) za den.Upínač zobrazený na další stránce používá CNC díl jako rám a používá DED ke svaření obvodu trubky.AM poskytuje vysokou rychlost nanášení s minimálním odpadem, zatímco CNC poskytuje požadovanou přesnost.
V roce 2021 byl na ropnou plošinu TotalEnergies v Severním moři instalován 3D tištěný vodní plášť.Vodní pláště jsou kritickým prvkem používaným k řízení získávání uhlovodíků ve vrtech ve výstavbě.V tomto případě jsou výhody použití aditivní výroby zkrácené dodací lhůty a snížení emisí o 45 % ve srovnání s tradičními kovanými vodními bundami.
Dalším obchodním případem aditivní výroby je redukce drahých nástrojů.Phone Scope vyvinul digiscoping adaptéry pro zařízení, která připojují fotoaparát vašeho telefonu k dalekohledu nebo mikroskopu.Každý rok jsou vydávány nové telefony, které vyžadují, aby společnosti vydaly novou řadu adaptérů.Pomocí AM může společnost ušetřit peníze za drahé nástroje, které je třeba vyměnit, když jsou uvedeny nové telefony.
Stejně jako u jakéhokoli procesu nebo technologie by se aditivní výroba neměla používat, protože je považována za novou nebo odlišnou.Cílem je zlepšit vývoj produktů a/nebo výrobní procesy.Mělo by to přidávat hodnotu.Příklady dalších obchodních případů zahrnují zakázkové produkty a hromadné přizpůsobení, komplexní funkčnost, integrované díly, méně materiálu a hmotnosti a lepší výkon.
Aby AM realizoval svůj růstový potenciál, je třeba řešit výzvy.Pro většinu výrobních aplikací musí být proces spolehlivý a reprodukovatelný.Pomohou následné metody automatizace odebírání materiálu dílů a podpěr a následné zpracování.Automatizace také zvyšuje produktivitu a snižuje náklady na součást.
Jednou z oblastí největšího zájmu je automatizace následného zpracování, jako je odstraňování prášku a konečná úprava.Automatizací procesu hromadné výroby aplikací lze stejnou technologii opakovat tisíckrát.Problém je v tom, že konkrétní metody automatizace se mohou lišit podle typu součásti, velikosti, materiálu a procesu.Například následné zpracování automatizovaných zubních korunek je velmi odlišné od zpracování částí raketových motorů, ačkoli oba mohou být vyrobeny z kovu.
Protože jsou díly optimalizovány pro AM, jsou často přidávány pokročilejší funkce a interní kanály.U PBF je hlavním cílem odstranit 100 % prášku.Solukon vyrábí systémy pro automatické odstraňování prášku.Společnost vyvinula technologii nazvanou Smart Powder Recovery (SRP), která otáčí a vibruje kovovými částmi, které jsou stále připevněny ke stavební desce.Rotace a vibrace jsou řízeny CAD modelem součásti.Přesným pohybem a třepáním dílů teče zachycený prášek téměř jako kapalina.Tato automatizace snižuje manuální práci a může zlepšit spolehlivost a reprodukovatelnost odstraňování prášku.
Problémy a omezení ručního odstraňování prášku mohou omezit životaschopnost použití AM pro hromadnou výrobu, a to i v malých množstvích.Systémy odstraňování kovového prášku Solukon mohou pracovat v inertní atmosféře a sbírat nepoužitý prášek pro opětovné použití v AM strojích.Společnost Solukon provedla zákaznický průzkum a v prosinci 2021 zveřejnila studii, která ukazuje, že dvě největší obavy jsou zdraví při práci a reprodukovatelnost.
Ruční odstranění prášku ze struktur PBF pryskyřice může být časově náročné.Společnosti jako DyeMansion a PostProcess Technologies budují systémy následného zpracování pro automatické odstranění prášku.Mnoho dílů pro aditivní výrobu lze vložit do systému, který obrátí a vysune médium, aby se odstranil přebytečný prášek.HP má svůj vlastní systém, o kterém se říká, že odstraní prášek ze stavební komory Jet Fusion 5200 za 20 minut.Systém uchovává neroztavený prášek v samostatné nádobě pro opětovné použití nebo recyklaci pro jiné aplikace.
Společnosti mohou těžit z automatizace, pokud ji lze aplikovat na většinu kroků následného zpracování.DyeMansion nabízí systémy pro odstraňování prášku, přípravu povrchu a lakování.Systém PowerFuse S nakládá díly, napařuje hladké díly a vysouvá je.Firma poskytuje nerezový stojan na zavěšení dílů, které se provádí ručně.Systém PowerFuse S dokáže vyrobit povrch podobný vstřikovací formě.
Největší výzvou, které toto odvětví čelí, je pochopení skutečných příležitostí, které automatizace nabízí.Pokud je třeba vyrobit milion polymerových dílů, nejlepším řešením mohou být tradiční procesy odlévání nebo formování, i když to závisí na dílu.AM je často k dispozici pro první výrobní sérii při výrobě a testování nástrojů.Prostřednictvím automatizovaného následného zpracování lze spolehlivě a reprodukovatelně vyrobit tisíce dílů pomocí AM, ale je to specifické pro jednotlivé díly a může vyžadovat vlastní řešení.
AM nemá nic společného s průmyslem.Mnoho organizací prezentuje zajímavé výsledky výzkumu a vývoje, které mohou vést ke správnému fungování produktů a služeb.V leteckém průmyslu vyrábí společnost Relativity Space jeden z největších systémů pro výrobu kovových aditiv využívajících patentovanou technologii DED, o které společnost doufá, že bude použita k výrobě většiny jejích raket.Jeho raketa Terran 1 může dopravit na nízkou oběžnou dráhu Země náklad o hmotnosti 1 250 kg.Relativity plánuje vypustit zkušební raketu v polovině roku 2022 a již plánuje větší, opakovaně použitelnou raketu s názvem Terran R.
Rakety Terran 1 a R společnosti Relativity Space představují inovativní způsob, jak si znovu představit, jak by mohly budoucí lety do vesmíru vypadat.Design a optimalizace pro aditivní výrobu vyvolaly zájem o tento vývoj.Společnost tvrdí, že tato metoda snižuje počet dílů 100krát ve srovnání s tradičními raketami.Společnost také tvrdí, že dokáže vyrobit rakety ze surovin do 60 dnů.Toto je skvělý příklad spojení mnoha částí do jedné a výrazného zjednodušení dodavatelského řetězce.
V dentálním průmyslu se aditivní výroba používá k výrobě korunek, můstků, chirurgických vrtacích šablon, částečných zubních protéz a vyrovnávačů.Align Technology a SmileDirectClub používají 3D tisk k výrobě dílů pro tepelné tvarování čirých plastových vyrovnávačů.Align Technology, výrobce značkových produktů Invisalign, používá mnoho fotopolymerizačních systémů v lázních 3D Systems.V roce 2021 společnost uvedla, že od obdržení schválení FDA v roce 1998 ošetřila více než 10 milionů pacientů. Pokud se léčba typického pacienta skládá z 10 zarovnávačů, což je nízký odhad, společnost vyrobila 100 milionů nebo více AM dílů.FRP díly se obtížně recyklují, protože jsou termosety.SmileDirectClub využívá systém HP Multi Jet Fusion (MJF) k výrobě termoplastických dílů, které lze recyklovat pro jiné aplikace.
Historicky společnost VPP nebyla schopna vyrábět tenké, průhledné díly s pevnostními vlastnostmi pro použití jako ortodontické aparáty.V roce 2021 vydaly LuxCreo a Graphy možné řešení.Od února má Graphy schválení FDA pro přímý 3D tisk dentálních aparátů.Pokud je tisknete přímo, celý proces je považován za kratší, jednodušší a potenciálně méně nákladný.
Prvním vývojem, který získal velkou pozornost médií, bylo použití 3D tisku pro rozsáhlé stavební aplikace, jako je bydlení.Často jsou stěny domu tištěny vytlačováním.Všechny ostatní části domu byly vyrobeny tradičními metodami a materiály, včetně podlah, stropů, střech, schodišť, dveří, oken, spotřebičů, skříní a pracovních desek.3D tištěné stěny mohou zvýšit náklady na instalaci elektřiny, osvětlení, instalatérství, potrubí a větracích otvorů pro vytápění a klimatizaci.Dokončení interiéru a exteriéru betonové stěny je obtížnější než u tradičního designu stěny.Modernizace domova pomocí 3D tištěných stěn je také důležitým faktorem.
Vědci z Oak Ridge National Laboratory studují, jak ukládat energii do 3D tištěných stěn.Vložením trubek do stěny při stavbě jí může protékat voda pro vytápění a chlazení. Tento projekt výzkumu a vývoje je zajímavý a inovativní, ale stále je v rané fázi vývoje. Tento projekt výzkumu a vývoje je zajímavý a inovativní, ale stále je v rané fázi vývoje.Tento výzkumný projekt je zajímavý a inovativní, ale stále je v rané fázi vývoje.Tento výzkumný projekt je zajímavý a inovativní, ale stále je v raných fázích vývoje.
Většina z nás ještě nezná ekonomiku 3D tisku stavebních dílů nebo jiných velkých objektů.Technologií byly vyrobeny některé mosty, markýzy, parkové lavičky a dekorativní prvky budov a venkovního prostředí.Předpokládá se, že výhody aditivní výroby v malých měřítcích (od několika centimetrů do několika metrů) se vztahují na velkoplošný 3D tisk.Mezi hlavní výhody použití aditivní výroby patří vytváření složitých tvarů a prvků, snížení počtu dílů, snížení materiálu a hmotnosti a zvýšení produktivity.Pokud AM nepřináší hodnotu, měla by být zpochybněna jeho užitečnost.
V říjnu 2021 získal Stratasys zbývajících 55% podíl ve společnosti Xaar 3D, dceřiné společnosti britského výrobce průmyslových inkoustových tiskáren Xaar.Polymerová technologie PBF společnosti Stratasys, nazvaná Selective Absorbion Fusion, je založena na inkoustových tiskových hlavách Xaar.Stroj Stratasys H350 konkuruje systému HP MJF.
Nákup Desktop Metal byl působivý.V únoru 2021 společnost získala Envisiontec, dlouholetého výrobce průmyslových aditivních výrobních systémů.V květnu 2021 společnost získala Adaptive3D, vývojáře flexibilních VPP polymerů.V červenci 2021 získala Desktop Metal společnost Aerosint, vývojář procesů přelakování práškovými barvami z více materiálů.Největší akvizice přišla v srpnu, kdy Desktop Metal koupil konkurenta ExOne za 575 milionů dolarů.
Akvizice společnosti ExOne společností Desktop Metal spojuje dva renomované výrobce kovových systémů BJT.Obecně platí, že technologie ještě nedosáhla úrovně, které mnozí věří.Společnosti pokračují v řešení problémů, jako je opakovatelnost, spolehlivost a pochopení hlavní příčiny problémů, jakmile se objeví.I tak, pokud se problémy vyřeší, stále existuje prostor pro to, aby se technologie dostala na větší trhy.V červenci 2021 3DEO, poskytovatel služeb využívající proprietární 3D tiskový systém, uvedl, že zákazníkům dodal miliontinu.
Vývojáři softwaru a cloudových platforem zaznamenali výrazný růst v odvětví aditivní výroby.To platí zejména pro systémy řízení výkonnosti (MES), které sledují hodnotový řetězec AM.Společnost 3D Systems souhlasila s akvizicí společnosti Oqton v září 2021 za 180 milionů dolarů.Společnost Oqton, založená v roce 2017, poskytuje cloudová řešení pro zlepšení pracovních postupů a zvýšení efektivity AM.Materialize koupil Link3D v listopadu 2021 za 33,5 milionu $.Stejně jako Oqton, i cloudové platformy Link3D fungují a zjednodušují pracovní postup AM.
Jednou z posledních akvizic v roce 2021 je akvizice Wohlers Associates ze strany ASTM International.Společně pracují na využití značky Wohlers k podpoře širšího přijetí AM po celém světě.Prostřednictvím ASTM AM Center of Excellence bude Wohlers Associates pokračovat ve výrobě Wohlersových zpráv a dalších publikací, stejně jako poskytovat poradenské služby, analýzy trhu a školení.
Průmysl aditivní výroby dozrál a mnoho průmyslových odvětví využívá technologii pro širokou škálu aplikací.Ale 3D tisk nenahradí většinu ostatních forem výroby.Místo toho se používá k vytváření nových typů produktů a obchodních modelů.Organizace využívají AM ke snížení hmotnosti dílů, zkrácení dodacích lhůt a nákladů na nástroje a ke zlepšení personalizace produktů a výkonu.Očekává se, že průmysl aditivní výroby bude pokračovat ve své růstové trajektorii s novými společnostmi, produkty, službami, aplikacemi a případy použití, které se často objevují závratnou rychlostí.