Additiv fremstilling, også kendt som 3D-print, er fortsat med at udvikle sig i næsten 35 år siden den kommercielle brug.Luftfarts-, bil-, forsvars-, energi-, transport-, medicin-, dental- og forbrugerindustrien bruger additiv fremstilling til en bred vifte af applikationer.
Med en sådan udbredt anvendelse er det klart, at additiv fremstilling ikke er en ensartet løsning.Ifølge ISO/ASTM 52900 terminologistandarden falder næsten alle kommercielle additive fremstillingssystemer ind i en af ​​syv proceskategorier.Disse omfatter materialeekstrudering (MEX), badfotopolymerisation (VPP), pulverbedfusion (PBF), bindemiddelsprøjtning (BJT), materialesprøjtning (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 hjælpe med at forbedre et produkt eller en proces, og hvornår det ikke kan.Historisk set er store initiativer til at implementere additiv fremstilling kommet fra ingeniører med erfaring med teknologien.Ledelsen ser flere eksempler på, hvordan additiv fremstilling kan forbedre produktiviteten, reducere gennemløbstider og skabe nye forretningsmuligheder.AM vil ikke erstatte de fleste traditionelle fremstillingsformer, men vil blive en del af iværksætterens arsenal af produktudvikling og fremstillingsevner.
Additiv fremstilling har en bred vifte af applikationer, fra mikrofluidik til storskala konstruktion.Fordelene ved AM varierer efter branche, applikation og påkrævet ydeevne.Organisationer skal have gode grunde til at implementere AM, uanset use case.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 tilpasset produktudvikling.
For rumfartsapplikationer er vægt en vigtig faktor.Det koster omkring $10.000 at sætte en nyttelast på 0,45 kg i kredsløb om jorden, ifølge NASAs Marshall Space Flight Center.At reducere vægten af ​​satellitter kan spare på opsendelsesomkostningerne.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 anvendes i hele værdikæden i energiindustrien.For nogle virksomheder er forretningsgrundlaget for at bruge AM hurtigt at gentage projekter for at skabe det bedst mulige produkt på kortest tid.I olie- og gasindustrien kan beskadigede dele eller enheder koste tusindvis af dollars eller mere i tabt produktivitet i timen.At bruge AM til at gendanne operationer kan være særligt attraktivt.
En stor producent af DED-systemer MX3D har frigivet et prototype af rørreparationsværktøj.En beskadiget rørledning kan koste mellem €100.000 og €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) om dagen, ifølge virksomheden.Armaturet vist på næste side bruger en CNC-del som ramme og bruger DED til at svejse rørets omkreds.AM giver høje deponeringshastigheder med minimalt spild, mens CNC giver den nødvendige præcision.
I 2021 blev et 3D-printet vandhus installeret på en TotalEnergies olierig i Nordsøen.Vandkapper er et kritisk element, der bruges til at kontrollere kulbrinteindvinding i brønde under opførelse.I dette tilfælde er fordelene ved at bruge additiv fremstilling reducerede gennemløbstider og reducerede emissioner med 45 % sammenlignet med traditionelle smedede vandkapper.
En anden business case for additiv fremstilling er reduktionen af ​​dyre værktøj.Phone Scope har udviklet digiscoping-adaptere til enheder, der forbinder din telefons kamera til et teleskop eller mikroskop.Nye telefoner frigives hvert år, hvilket kræver, at virksomheder frigiver en ny linje af adaptere.Ved at bruge AM kan en virksomhed spare penge på dyre værktøjer, der skal udskiftes, når nye telefoner frigives.
Som med enhver proces eller teknologi bør additiv fremstilling ikke anvendes, da det anses for nyt eller anderledes.Dette er for at forbedre produktudvikling og/eller fremstillingsprocesser.Det skal tilføre værdi.Eksempler på andre business cases omfatter tilpassede produkter og massetilpasning, kompleks funktionalitet, integrerede dele, mindre materiale og vægt og forbedret ydeevne.
For at AM kan realisere sit vækstpotentiale, skal udfordringer løses.Til de fleste fremstillingsapplikationer skal processen være pålidelig og reproducerbar.De efterfølgende metoder til at automatisere fjernelse af materiale af dele og understøtninger og efterbehandling vil hjælpe.Automatisering øger også produktiviteten og reducerer omkostningerne pr. del.
Et af de områder af størst interesse er efterbehandlingsautomatisering såsom pulverfjernelse og efterbehandling.Ved at automatisere processen med masseproduktion af applikationer kan den samme teknologi gentages tusindvis af gange.Problemet er, at specifikke automatiseringsmetoder kan variere efter 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 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 delens CAD-model.Ved præcist at flytte og ryste delene flyder det opfangede pulver næsten som en væske.Denne automatisering reducerer manuelt arbejde og kan forbedre pålideligheden og reproducerbarheden af ​​pulverfjernelse.
Problemerne og begrænsningerne ved manuel pulverfjernelse kan begrænse levedygtigheden af ​​at bruge AM til masseproduktion, selv i små mængder.Solukon metalpulverfjernelsessystemer 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 viser, 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 vender og skubber mediet ud 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 formål.
Virksomheder kan drage fordel af automatisering, hvis den kan anvendes på de fleste af efterbehandlingstrinene.DyeMansion tilbyder systemer til pulverfjernelse, overfladebehandling og maling.PowerFuse S-systemet læsser delene, damper de glatte dele og losser dem.Virksomheden leverer et rustfrit stålstativ til ophængning af dele, som udføres i hånden.PowerFuse S-systemet kan producere en overflade, der ligner en sprøjtestøbeform.
Den største udfordring, som industrien står over for, er at forstå de reelle muligheder, som automatisering har at tilbyde.Hvis der skal laves en million polymerdele, kan traditionelle støbe- eller støbeprocesser være den bedste løsning, selvom dette afhænger af delen.AM er ofte tilgængelig til den første produktionskørsel i værktøjsproduktion og -test.Gennem automatiseret efterbehandling kan tusindvis af dele produceres pålideligt og reproducerbart ved hjælp af AM, men det er delspecifikt og kan kræve en skræddersyet løsning.
AM har intet med industri at gøre.Mange organisationer præsenterer interessante forsknings- og udviklingsresultater, der kan føre til, at produkter og tjenester fungerer korrekt.I luft- og rumfartsindustrien producerer Relativity Space et af de største metaladditivfremstillingssystemer ved hjælp af proprietær DED-teknologi, som virksomheden håber vil blive brugt til at fremstille størstedelen af ​​dets raketter.Dens Terran 1-raket kan levere en nyttelast på 1.250 kg til lav kredsløb om jorden.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 genskabe, hvordan fremtidig rumflyvning 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 det 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 dentalindustrien bruges additiv fremstilling til fremstilling af kroner, broer, kirurgiske boreskabeloner, delproteser og aligners.Align Technology og SmileDirectClub bruger 3D-print til at producere dele til termoformning af klare plastalignere.Align Technology, producent af Invisalign-mærkeprodukter, bruger mange af fotopolymeriseringssystemerne i 3D Systems-bade.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 svære at genbruge, fordi de er termohærdende.SmileDirectClub bruger HP Multi Jet Fusion (MJF)-systemet til at producere termoplastiske dele, der kan genbruges til andre applikationer.
Historisk set har VPP ikke været i stand til at producere tynde, gennemsigtige dele med styrkeegenskaber til brug som ortodontiske apparater.I 2021 frigav LuxCreo og Graphy en mulig løsning.Fra februar har Graphy FDA-godkendelse til direkte 3D-print af dentale apparater.Hvis du udskriver dem direkte, betragtes ende-til-ende-processen som kortere, nemmere og potentielt mindre omkostningsfuld.
En tidlig udvikling, der fik stor opmærksomhed i medierne, var brugen af ​​3D-print til storskala konstruktionsapplikationer såsom boliger.Ofte er husets vægge trykt ved ekstrudering.Alle andre dele af huset blev lavet efter traditionelle metoder og materialer, herunder gulve, lofter, tage, trapper, døre, vinduer, hvidevarer, skabe og bordplader.3D-printede vægge kan øge omkostningerne ved installation af elektricitet, belysning, VVS, kanaler og ventilationskanaler til opvarmning og aircondition.Efterbehandling af indvendigt og udvendigt af en betonvæg er vanskeligere end med et traditionelt vægdesign.Modernisering af et hjem med 3D-printede vægge er også en vigtig overvejelse.
Forskere ved Oak Ridge National Laboratory studerer, hvordan man lagrer energi i 3D-printede vægge.Ved at indsætte rør i væggen under byggeriet kan der strømme vand igennem den til opvarmning og afkøling. Dette R&D-projekt er interessant og innovativt, men det er stadig i et tidligt udviklingsstadium. Dette R&D-projekt er interessant og innovativt, men det er stadig i et tidligt udviklingsstadium.Dette forskningsprojekt er interessant og innovativt, men det er stadig i de tidlige udviklingsstadier.Dette forskningsprojekt er interessant og innovativt, men stadig i de tidlige udviklingsstadier.
De fleste af os kender endnu ikke økonomien ved 3D-print af bygningsdele eller andre store genstande.Teknologien er blevet brugt til at producere nogle broer, markiser, parkbænke og dekorative elementer til bygninger og udendørsmiljø.Det menes, at fordelene ved additiv fremstilling i små skalaer (fra nogle få centimeter til flere meter) gælder for storskala 3D-print.De vigtigste fordele ved at bruge additiv fremstilling omfatter at skabe komplekse former og funktioner, reducere antallet af dele, reducere materiale og vægt og øge produktiviteten.Hvis AM ikke tilfører værdi, bør der sættes spørgsmålstegn ved dens nytte.
I oktober 2021 erhvervede Stratasys de resterende 55 % af aktierne i Xaar 3D, et datterselskab af den britiske industrielle inkjetprinterproducent Xaar.Stratasys' polymer PBF-teknologi, kaldet Selective Absorbion Fusion, er baseret på Xaar inkjet-printhoveder.Stratasys H350-maskinen konkurrerer med HP MJF-systemet.
At købe Desktop Metal var imponerende.I februar 2021 købte virksomheden Envisiontec, en mangeårig producent af industrielle additive fremstillingssystemer.I maj 2021 købte virksomheden Adaptive3D, en udvikler af fleksible VPP-polymerer.I juli 2021 købte Desktop Metal Aerosint, en udvikler af multi-materiale pulverlakeringsprocesser.Det største opkøb kom i august, da Desktop Metal købte konkurrenten ExOne for 575 millioner dollars.
Opkøbet af ExOne af Desktop Metal samler to kendte producenter af metal BJT-systemer.Generelt har teknologien endnu ikke nået det niveau, som mange tror.Virksomheder fortsætter med at tage fat på problemer som repeterbarhed, pålidelighed og forståelse af årsagen til problemer, efterhånden som de opstår.Alligevel, hvis problemerne bliver løst, 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 det havde leveret en milliontedel til kunderne.
Software- og cloudplatformsudviklere har oplevet betydelig vækst i den additive fremstillingsindustri.Dette gælder især for performance management-systemer (MES), der sporer AM-værdikæden.3D Systems indvilligede i at købe Oqton i september 2021 for $180 millioner.Oqton blev grundlagt i 2017 og leverer cloud-baserede løsninger til at forbedre arbejdsgangen og forbedre AM-effektiviteten.Materialize købte Link3D i november 2021 for $33,5 millioner.Ligesom Oqton sporer Link3Ds cloud-platform 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-mærket til at understøtte den bredere udbredelse af AM på verdensplan.Gennem ASTM AM Center of Excellence vil Wohlers Associates fortsætte med at producere Wohlers-rapporter og andre publikationer, samt levere rådgivning, markedsanalyser og træning.
Den additive fremstillingsindustri er modnet, og mange industrier bruger teknologien til en bred vifte af applikationer.Men 3D-print vil ikke erstatte de fleste andre former for fremstilling.I stedet bruges det til at skabe nye typer produkter og forretningsmodeller.Organisationer bruger AM til at reducere vægten af ​​dele, reducere leveringstider og værktøjsomkostninger og forbedre produkttilpasning og ydeevne.Den additive fremstillingsindustri forventes at fortsætte sin vækstbane med nye virksomheder, produkter, tjenester, applikationer og use cases, der dukker op, ofte med en rasende hastighed.