Additiv fremstilling, også kendt som 3D-printning, har fortsat med at udvikle sig i næsten 35 år siden dens kommercielle anvendelse. Luftfarts-, bil-, forsvars-, energi-, transport-, medicin-, tandlæge- og forbrugerindustrien bruger additiv fremstilling til en bred vifte af anvendelser.
Med så udbredt anvendelse er det tydeligt, at additiv fremstilling ikke er en universel løsning. Ifølge ISO/ASTM 52900-terminologistandarden falder næsten alle kommercielle additive fremstillingssystemer ind under en af ​​syv proceskategorier. Disse omfatter materialeekstrudering (MEX), badfotopolymerisering (VPP), pulverlejefusion (PBF), bindemiddelsprayning (BJT), materialesprayning (MJT), rettet energiaflejring (DED) og arklaminering (SHL). Her er de sorteret efter popularitet baseret på enhedssalg.
Et stigende antal branchefolk, herunder ingeniører og ledere, lærer, hvornår additiv fremstilling kan bidrage til at forbedre et produkt eller en proces, og hvornår den ikke kan. Historisk set er store initiativer til implementering af additiv fremstilling kommet fra ingeniører med erfaring inden for teknologien. Ledelsen ser flere eksempler på, hvordan additiv fremstilling kan forbedre produktiviteten, reducere leveringstider og skabe nye forretningsmuligheder. Additiv fremstilling vil ikke erstatte de fleste traditionelle fremstillingsformer, men vil blive en del af iværksætterens arsenal af produktudviklings- og produktionskapaciteter.
Additiv fremstilling har en bred vifte af anvendelser, fra mikrofluidik til storskalabyggeri. Fordelene ved AM varierer afhængigt af branche, anvendelse og krævet ydeevne. Organisationer skal have gode grunde til at implementere AM, uanset anvendelsesscenariet. De mest almindelige er konceptuel modellering, designverifikation og verifikation af egnethed og funktionalitet. Flere og flere virksomheder bruger det til at skabe værktøjer og applikationer til masseproduktion, herunder udvikling af brugerdefineret produkt.
For rumfartsapplikationer er vægt en vigtig faktor. Det koster omkring 10.000 dollars at sende en nyttelast på 0,45 kg i kredsløb om Jorden, ifølge NASAs Marshall Space Flight Center. Reduktion af satellitters vægt kan spare på opsendelsesomkostninger. Det vedhæftede billede viser en Swissto12 metal AM-del, der kombinerer flere bølgeledere i én del. Med AM reduceres vægten til under 0,08 kg.
Additiv fremstilling bruges i hele værdikæden i energibranchen. For nogle virksomheder er forretningsargumentet for at bruge AM hurtigt at iterere projekter for at skabe det bedst mulige produkt på kortest mulig tid. I olie- og gasindustrien kan beskadigede dele eller samlinger koste tusindvis af dollars eller mere i tabt produktivitet i timen. Brug af AM til at genoprette driften kan være særligt attraktivt.
En stor producent af DED-systemer, MX3D, har udgivet et prototypeværktøj til rørreparation. En beskadiget rørledning kan koste mellem €100.000 og €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) om dagen ifølge virksomheden. Fixturen vist på næste side bruger en CNC-del som ramme og bruger DED til at svejse rørets omkreds. AM giver høje aflejringshastigheder med minimalt spild, mens CNC leverer den nødvendige præcision.
I 2021 blev et 3D-printet vandkappe installeret på en TotalEnergies-olieplatform i Nordsøen. Vandkapper er et kritisk element, der bruges til at kontrollere kulbrinteudvinding i brønde under opførelse. I dette tilfælde er fordelene ved at bruge additiv fremstilling reducerede leveringstider og reducerede emissioner med 45 % sammenlignet med traditionelle smedede vandkapper.
En anden forretningsmæssig fordel for additiv fremstilling er reduktionen af ​​dyrt værktøj. Phone Scope har udviklet digiscoping-adaptere til enheder, der forbinder din telefons kamera til et teleskop eller mikroskop. Nye telefoner udgives hvert år, hvilket kræver, at virksomheder lancerer en ny serie af adaptere. Ved at bruge additiv fremstilling kan en virksomhed spare penge på dyre værktøjer, der skal udskiftes, når nye telefoner udgives.
Som med enhver proces eller teknologi bør additiv fremstilling ikke anvendes, da det betragtes som nyt eller anderledes. Dette er for at forbedre produktudvikling og/eller fremstillingsprocesser. Det skal tilføre værdi. Eksempler på andre business cases inkluderer brugerdefinerede produkter og massetilpasning, kompleks funktionalitet, integrerede dele, mindre materiale og vægt samt forbedret ydeevne.
For at AM kan realisere sit vækstpotentiale, skal udfordringerne tages hånd om. For de fleste fremstillingsapplikationer skal processen være pålidelig og reproducerbar. De efterfølgende metoder til automatisering af fjernelse af materiale fra dele og understøtninger samt efterbehandling vil hjælpe. Automatisering øger også produktiviteten og reducerer omkostningerne pr. del.
Et af de områder af største interesse er automatisering af efterbehandling, såsom pulverfjernelse og efterbehandling. Ved at automatisere masseproduktionsprocessen af ​​applikationer kan den samme teknologi gentages tusindvis af gange. Problemet er, at specifikke automatiseringsmetoder kan variere afhængigt af deltype, størrelse, materiale og proces. For eksempel er efterbehandlingen af ​​automatiserede tandkroner meget forskellig fra behandlingen af ​​raketmotordele, selvom begge kan være lavet af metal.
Fordi dele er optimeret til AM, tilføjes der ofte mere avancerede funktioner og interne kanaler. For PBF er hovedmålet at fjerne 100% af pulveret. Solukon fremstiller automatiske pulverfjernelsessystemer. Virksomheden har udviklet en teknologi kaldet Smart Powder Recovery (SRP), der roterer og vibrerer metaldele, der stadig er fastgjort til byggepladen. Rotation og vibration styres af CAD-modellen af ​​delen. Ved præcist at bevæge og ryste delene flyder det opsamlede pulver næsten som en væske. Denne automatisering reducerer manuelt arbejde og kan forbedre pålideligheden og reproducerbarheden af ​​pulverfjernelsen.
Problemerne og begrænsningerne ved manuel pulverfjernelse kan begrænse levedygtigheden af ​​at bruge AM til masseproduktion, selv i små mængder. Solukons systemer til fjernelse af metalpulver kan fungere i en inert atmosfære og opsamle ubrugt pulver til genbrug i AM-maskiner. Solukon gennemførte en kundeundersøgelse og offentliggjorde en undersøgelse i december 2021, der viste, at de to største bekymringer er arbejdsmiljø og reproducerbarhed.
Manuel fjernelse af pulver fra PBF-harpiksstrukturer kan være tidskrævende. Virksomheder som DyeMansion og PostProcess Technologies bygger efterbehandlingssystemer til automatisk at fjerne pulver. Mange additive fremstillingsdele kan indlæses i et system, der inverterer og udstøder mediet for at fjerne overskydende pulver. HP har sit eget system, der siges at fjerne pulver fra Jet Fusion 5200's byggekammer på 20 minutter. Systemet opbevarer usmeltet pulver i en separat beholder til genbrug eller genbrug til andre anvendelser.
Virksomheder kan drage fordel af automatisering, hvis det kan anvendes på de fleste efterbehandlingstrin. DyeMansion tilbyder systemer til fjernelse af pulver, overfladebehandling og maling. PowerFuse S-systemet ilægger delene, damper de glatte dele og aflæsser dem. Virksomheden leverer et stativ i rustfrit stål til ophængning af dele, hvilket gøres manuelt. PowerFuse S-systemet kan producere en overflade, der ligner en sprøjtestøbeform.
Den største udfordring for industrien er at forstå de reelle muligheder, som automatisering tilbyder. Hvis der skal fremstilles en million polymerdele, kan traditionelle støbe- eller formningsprocesser være den bedste løsning, selvom dette afhænger af delen. AM er ofte tilgængelig til den første produktionskørsel i værktøjsproduktion og -testning. Gennem automatiseret efterbehandling kan tusindvis af dele produceres pålideligt og reproducerbart ved hjælp af AM, men det er delspecifikt og kan kræve en brugerdefineret løsning.
AM har intet at gøre med industrien. Mange organisationer præsenterer interessante forsknings- og udviklingsresultater, der kan føre til, at produkter og tjenester fungerer korrekt. Inden for luftfartsindustrien producerer Relativity Space et af de største systemer til additiv fremstilling af metal ved hjælp af proprietær DED-teknologi, som virksomheden håber vil blive brugt til at fremstille størstedelen af ​​dens raketter. Dens Terran 1-raket kan levere en nyttelast på 1.250 kg til lav jordbane. Relativity planlægger at opsende en testraket i midten af ​​2022 og planlægger allerede en større, genanvendelig raket kaldet Terran R.
Relativity Spaces Terran 1- og R-raketter er en innovativ måde at gentænke, hvordan fremtidens rumfart kan se ud. Design og optimering til additiv fremstilling vakte interesse for denne udvikling. Virksomheden hævder, at denne metode reducerer antallet af dele med 100 gange sammenlignet med traditionelle raketter. Virksomheden hævder også, at den kan producere raketter fra råmaterialer inden for 60 dage. Dette er et godt eksempel på at kombinere mange dele til én og i høj grad forenkle forsyningskæden.
I tandindustrien bruges additiv fremstilling til at fremstille kroner, broer, kirurgiske boreskabeloner, delproteser og aligners. Align Technology og SmileDirectClub bruger 3D-print til at producere dele til termoformning af klare plastaligners. Align Technology, producent af Invisalign-mærkede produkter, bruger mange af fotopolymerisationssystemerne i 3D Systems-badekar. I 2021 sagde virksomheden, at den havde behandlet over 10 millioner patienter, siden den modtog FDA-godkendelse i 1998. Hvis en typisk patients behandling består af 10 aligners, hvilket er et lavt estimat, har virksomheden produceret 100 millioner eller flere AM-dele. FRP-dele er vanskelige at genbruge, fordi de er termohærdende. SmileDirectClub bruger HP Multi Jet Fusion (MJF)-systemet til at producere termoplastiske dele, der kan genbruges til andre anvendelser.
Historisk set har VPP ikke været i stand til at producere tynde, transparente dele med styrkeegenskaber til brug som ortodontiske apparater. I 2021 udgav LuxCreo og Graphy en mulig løsning. Fra februar har Graphy FDA-godkendelse til direkte 3D-printning af tandlægeapparater. Hvis man printer dem direkte, betragtes hele processen som kortere, nemmere og potentielt billigere.
En tidlig udvikling, der fik stor medieopmærksomhed, var brugen af ​​3D-print til store byggeprojekter, såsom boliger. Ofte printes husets vægge ved ekstrudering. Alle andre dele af huset blev lavet ved hjælp af traditionelle metoder og materialer, herunder gulve, lofter, tage, trapper, døre, vinduer, apparater, skabe og bordplader. 3D-printede vægge kan øge omkostningerne ved installation af elektricitet, belysning, VVS, kanaler og ventilationsåbninger til opvarmning og aircondition. Det er vanskeligere at færdiggøre en betonvæg indvendigt og udvendigt end med et traditionelt vægdesign. Modernisering af et hjem med 3D-printede vægge er også en vigtig overvejelse.
Forskere ved Oak Ridge National Laboratory undersøger, hvordan man lagrer energi i 3D-printede vægge. Ved at indsætte rør i væggen under byggeriet kan vand strømme igennem den til opvarmning og afkøling. Dette forsknings- og udviklingsprojekt er interessant og innovativt, men det er stadig i en tidlig udviklingsfase. Dette forsknings- og udviklingsprojekt er interessant og innovativt, men det er stadig i en tidlig udviklingsfase.Dette forskningsprojekt er interessant og innovativt, men det er stadig i de tidlige udviklingsfaser.Dette forskningsprojekt er interessant og innovativt, men stadig i de tidlige udviklingsfaser.
De fleste af os er endnu ikke bekendt med økonomien bag 3D-printning af bygningsdele eller andre store genstande. Teknologien er blevet brugt til at producere nogle broer, markiser, parkbænke og dekorative elementer til bygninger og udendørsmiljøet. Det menes, at fordelene ved additiv fremstilling i små skalaer (fra få centimeter til flere meter) gælder for 3D-printning i stor skala. De vigtigste fordele ved at bruge additiv fremstilling omfatter skabelse af komplekse former og funktioner, reduktion af antallet af dele, reduktion af materiale og vægt samt øget produktivitet. Hvis additiv fremstilling ikke tilfører værdi, bør dens anvendelighed sættes spørgsmålstegn ved.
I oktober 2021 erhvervede Stratasys de resterende 55% af aktierne i Xaar 3D, et datterselskab af den britiske producent af industrielle inkjetprintere, Xaar. Stratasys' polymer PBF-teknologi, kaldet Selective Absorbion Fusion, er baseret på Xaar inkjetprinthoveder. Stratasys H350-maskinen konkurrerer med HP MJF-systemet.
Købet af Desktop Metal var imponerende. I februar 2021 opkøbte virksomheden Envisiontec, en mangeårig producent af industrielle additive fremstillingssystemer. I maj 2021 opkøbte virksomheden Adaptive3D, en udvikler af fleksible VPP-polymerer. I juli 2021 opkøbte Desktop Metal Aerosint, en udvikler af pulverlakeringsprocesser til flere materialer. Det største opkøb kom i august, da Desktop Metal købte konkurrenten ExOne for 575 millioner dollars.
Desktop Metals opkøb af ExOne samler to anerkendte producenter af BJT-systemer i metal. Generelt har teknologien endnu ikke nået det niveau, som mange tror. Virksomheder fortsætter med at adressere problemer som repeterbarhed, pålidelighed og forståelse af den grundlæggende årsag til problemer, når de opstår. Selv hvis problemerne løses, er der stadig plads til, at teknologien kan nå ud til større markeder. I juli 2021 sagde 3DEO, en tjenesteudbyder, der bruger et proprietært 3D-printsystem, at de havde leveret en milliontedel til kunder.
Software- og cloudplatformudviklere har oplevet betydelig vækst i den additive fremstillingsindustri. Dette gælder især for performance management-systemer (MES), der sporer AM-værdikæden. 3D Systems indgik aftale om at opkøbe Oqton i september 2021 for 180 millioner dollars. Oqton, der blev grundlagt i 2017, leverer cloudbaserede løsninger til at forbedre arbejdsgange og forbedre AM-effektiviteten. Materialize opkøbte Link3D i november 2021 for 33,5 millioner dollars. Ligesom Oqton sporer Link3Ds cloudplatform arbejde og forenkler AM-arbejdsgangen.
Et af de seneste opkøb i 2021 er ASTM Internationals opkøb af Wohlers Associates. Sammen arbejder de på at udnytte Wohlers-brandet til at understøtte den bredere anvendelse af AM på verdensplan. Gennem ASTM AM Center of Excellence vil Wohlers Associates fortsætte med at producere Wohlers-rapporter og andre publikationer samt tilbyde rådgivning, markedsanalyse og træning.
Den additive fremstillingsindustri er modnet, og mange brancher bruger teknologien til en bred vifte af anvendelser. Men 3D-printning vil ikke erstatte de fleste andre former for fremstilling. I stedet bruges det til at skabe nye typer produkter og forretningsmodeller. Organisationer bruger additiv fremstilling til at reducere vægten af ​​dele, reducere leveringstider og værktøjsomkostninger samt forbedre produktpersonalisering og ydeevne. Den additive fremstillingsindustri forventes at fortsætte sin vækstkurve med nye virksomheder, produkter, tjenester, applikationer og use cases, der dukker op, ofte med halsbrækkende hastighed.