Lisandite tootmine, tuntud ka kui 3D-printimine, on alates selle kaubanduslikust kasutamisest arenenud peaaegu 35 aastat.Lennundus-, auto-, kaitse-, energeetika-, transpordi-, meditsiini-, hambaravi- ja tarbetööstused kasutavad lisaainete tootmist paljudes rakendustes.
Sellise laialdase kasutuselevõtuga on selge, et lisandite tootmine ei ole kõigile sobiv lahendus.Vastavalt ISO/ASTM 52900 terminoloogiastandardile kuuluvad peaaegu kõik kaubanduslikud lisandite tootmissüsteemid ühte seitsmest protsessikategooriast.Nende hulka kuuluvad materjali ekstrusioon (MEX), vann fotopolümerisatsioon (VPP), pulberkihi sulatamine (PBF), sideaine pihustamine (BJT), materjali pihustamine (MJT), suunatud energiasadestamine (DED) ja lehtede lamineerimine (SHL).Siin on need sorteeritud populaarsuse järgi ühiku müügi põhjal.
Üha suurem hulk valdkonna spetsialiste, sealhulgas insenerid ja juhid, õpib, millal lisatootmine võib aidata toodet või protsessi parandada ja millal mitte.Ajalooliselt on peamised algatused lisandite tootmise rakendamiseks tulnud selle tehnoloogiaga kogenud inseneridelt.Juhtkond näeb rohkem näiteid selle kohta, kuidas lisandite tootmine võib tõsta tootlikkust, lühendada tarneaegu ja luua uusi ärivõimalusi.AM ei asenda enamikku traditsioonilisi tootmisvorme, vaid saab osaks ettevõtja tootearenduse ja tootmisvõimaluste arsenali.
Lisandite tootmisel on lai valik rakendusi, alates mikrofluidikast kuni suuremahulise ehituseni.AM-i eelised sõltuvad tööstusest, rakendusest ja nõutavast jõudlusest.Organisatsioonidel peavad AM-i rakendamiseks olema mõjuvad põhjused, olenemata kasutusjuhtumist.Levinumad on kontseptuaalne modelleerimine, disaini kontrollimine ning sobivuse ja funktsionaalsuse kontrollimine.Üha enam ettevõtteid kasutab seda masstootmise, sealhulgas kohandatud tootearenduse tööriistade ja rakenduste loomiseks.
Lennundusrakenduste puhul on kaal peamine tegur.NASA Marshalli kosmoselennukeskuse andmetel maksab 0,45 kg kaaluva koorma Maa orbiidile viimine umbes 10 000 dollarit.Satelliitide kaalu vähendamine võib säästa stardikulusid.Lisatud pildil on Swissto12 metallist AM osa, mis ühendab mitu lainejuhti üheks osaks.AM-iga väheneb kaal alla 0,08 kg.
Lisatootmist kasutatakse energiatööstuses kogu väärtusahelas.Mõne ettevõtte jaoks on AM-i kasutamise äriline eesmärk projektide kiire itereerimine, et luua võimalikult lühikese aja jooksul parim toode.Nafta- ja gaasitööstuses võivad kahjustatud osad või sõlmed maksta tuhandeid dollareid või rohkem, kui tootlikkus väheneb tunnis.AM-i kasutamine toimingute taastamiseks võib olla eriti atraktiivne.
Suur DED-süsteemide tootja MX3D on välja andnud torude remonditööriista prototüübi.Kahjustatud torujuhe võib ettevõtte andmetel maksta 100 000–1 000 000 eurot (113 157–1 131 570 dollarit) päevas.Järgmisel lehel näidatud kinnitus kasutab raamina CNC-osa ja kasutab toru ümbermõõdu keevitamiseks DED-d.AM tagab kõrge sadestuskiiruse minimaalse jäätmetega, samas kui CNC tagab vajaliku täpsuse.
2021. aastal paigaldati TotalEnergiesi naftapuurtornile Põhjameres 3D-prinditud veekorpus.Veesärgid on kriitilise tähtsusega element, mida kasutatakse süsivesinike taastumise kontrollimiseks ehitatavates kaevudes.Sel juhul on lisandite valmistamise eelised lühenenud teostusajad ja 45% väiksemad heitkogused võrreldes traditsiooniliste sepistatud veesärgidega.
Teine lisaainete tootmise äriline näide on kallite tööriistade vähendamine.Phone Scope on välja töötanud digiskoobiadapterid seadmetele, mis ühendavad teie telefoni kaamera teleskoobi või mikroskoobiga.Igal aastal antakse välja uusi telefone, mis nõuavad ettevõtetelt uue adapterite sarja väljalaskmist.AM-i kasutades saab ettevõte säästa raha kallite tööriistade pealt, mis tuleb uute telefonide väljalaskmisel välja vahetada.
Nagu kõigi protsesside või tehnoloogiate puhul, ei tohiks kasutada lisaainete tootmist, kuna seda peetakse uueks või erinevaks.Selle eesmärk on parandada tootearendust ja/või tootmisprotsesse.See peaks lisama väärtust.Muude ärijuhtumite näited hõlmavad kohandatud tooteid ja masskohandamist, keerulisi funktsioone, integreeritud osi, vähem materjali ja kaalu ning paremat jõudlust.
Selleks, et AM saaks oma kasvupotentsiaali realiseerida, tuleb lahendada väljakutsed.Enamiku tootmisrakenduste puhul peab protsess olema usaldusväärne ja reprodutseeritav.Abiks on järgnevad meetodid detailide ja tugede materjali eemaldamise ning järeltöötluse automatiseerimiseks.Automatiseerimine suurendab ka tootlikkust ja vähendab kulu osa kohta.
Üks suurimat huvi pakkuv valdkond on järeltöötluse automatiseerimine, nagu pulbri eemaldamine ja viimistlemine.Rakenduste masstootmise protsessi automatiseerides saab sama tehnoloogiat korrata tuhandeid kordi.Probleem on selles, et konkreetsed automatiseerimismeetodid võivad osa tüübist, suurusest, materjalist ja protsessist olenevalt erineda.Näiteks automatiseeritud hambakroonide järeltöötlus erineb oluliselt rakettmootorite osade töötlemisest, kuigi mõlemad võivad olla metallist.
Kuna osad on AM jaoks optimeeritud, lisatakse sageli rohkem täiustatud funktsioone ja sisemisi kanaleid.PBF-i puhul on peamine eesmärk 100% pulbri eemaldamine.Solukon toodab automaatseid pulbrieemaldussüsteeme.Ettevõte on välja töötanud tehnoloogia nimega Smart Powder Recovery (SRP), mis pöörab ja vibreerib metallosi, mis on veel ehitusplaadi küljes.Pöörlemist ja vibratsiooni juhib detaili CAD-mudel.Osasid täpselt liigutades ja raputades voolab kinnipüütud pulber peaaegu nagu vedelik.See automatiseerimine vähendab käsitsi tööd ja võib parandada pulbri eemaldamise usaldusväärsust ja reprodutseeritavust.
Käsitsi pulbri eemaldamise probleemid ja piirangud võivad piirata AM-i kasutamist masstootmises isegi väikestes kogustes.Solukoni metallipulbri eemaldamise süsteemid võivad töötada inertses atmosfääris ja koguda kasutamata pulbrit AM masinates uuesti kasutamiseks.Solukon viis läbi kliendiküsitluse ja avaldas 2021. aasta detsembris uuringu, mis näitas, et kaks suurimat muret on töötervishoid ja reprodutseeritavus.
Pulbri käsitsi eemaldamine PBF-vaigustruktuuridest võib olla aeganõudev.Sellised ettevõtted nagu DyeMansion ja PostProcess Technologies ehitavad pulbri automaatseks eemaldamiseks järeltöötlussüsteeme.Paljusid lisandeid sisaldavaid tootmisosi saab laadida süsteemi, mis pöörab ja väljutab söötme liigse pulbri eemaldamiseks.HP-l on oma süsteem, mis väidetavalt eemaldab pulbri Jet Fusion 5200 ehituskambrist 20 minutiga.Süsteem salvestab sulamata pulbrit eraldi konteinerisse korduskasutamiseks või ringlussevõtuks muudeks rakendusteks.
Ettevõtted saavad automatiseerimisest kasu, kui seda saab rakendada enamiku järeltöötluse etappide puhul.DyeMansion pakub süsteeme pulbri eemaldamiseks, pinna ettevalmistamiseks ja värvimiseks.PowerFuse S süsteem laadib osad peale, aurutab siledad osad ja laadib need maha.Ettevõte pakub roostevabast terasest riiulit detailide riputamiseks, mida tehakse käsitsi.PowerFuse S süsteem suudab toota survevaluvormiga sarnase pinna.
Tööstuse suurim väljakutse on mõista automatiseerimise tegelikke võimalusi.Kui on vaja valmistada miljon polümeerdetaili, võib parim lahendus olla traditsiooniline valu- või vormimisprotsess, kuigi see sõltub detailist.AM on sageli saadaval tööriistade tootmise ja testimise esimeseks tootmistsükliks.Automatiseeritud järeltöötluse abil saab AM-i abil usaldusväärselt ja reprodutseeritavalt toota tuhandeid osi, kuid see on osaspetsiifiline ja võib vajada kohandatud lahendust.
AM-il pole tööstusega midagi pistmist.Paljud organisatsioonid esitavad huvitavaid uurimis- ja arendustulemusi, mis võivad viia toodete ja teenuste nõuetekohase toimimiseni.Lennundustööstuses toodab Relativity Space ühte suurimat metallilisandite tootmissüsteemi, kasutades patenteeritud DED-tehnoloogiat, mida ettevõte loodab kasutada enamiku oma rakettide tootmiseks.Selle rakett Terran 1 suudab madalal Maa orbiidil toimetada 1250 kg kasuliku koorma.Relativity plaanib katseraketi välja saata 2022. aasta keskel ja juba plaanib suuremat korduvkasutatavat raketti nimega Terran R.
Relatiivsusteooria kosmose raketid Terran 1 ja R on uuenduslik viis kujutleda uuesti ette, milline võiks välja näha tulevane kosmoselend.Lisandite tootmise disain ja optimeerimine tekitasid selle arenduse vastu huvi.Ettevõte väidab, et see meetod vähendab osade arvu 100 korda võrreldes traditsiooniliste rakettidega.Ettevõte väidab ka, et suudab toorainest rakette toota 60 päeva jooksul.See on suurepärane näide paljude osade ühendamisest üheks ja tarneahela oluliseks lihtsustamiseks.
Hambaravitööstuses kasutatakse lisandite tootmist kroonide, sildade, kirurgiliste puurimismallide, osaliste proteeside ja joondusseadmete valmistamiseks.Align Technology ja SmileDirectClub kasutavad 3D-printimist osade tootmiseks läbipaistvast plastist joondusseadmete termovormimiseks.Invisaligni kaubamärgiga toodete tootja Align Technology kasutab 3D Systemsi vannides paljusid fotopolümerisatsioonisüsteeme.2021. aastal teatas ettevõte, et on pärast FDA heakskiidu saamist 1998. aastal ravinud üle 10 miljoni patsiendi. Kui tüüpilise patsiendi ravi koosneb 10 joondajast, mis on madal hinnang, on ettevõte tootnud 100 miljonit või rohkem AM osa.FRP osi on raske taaskasutada, kuna need on termoreaktiivsed.SmileDirectClub kasutab HP Multi Jet Fusion (MJF) süsteemi termoplastsete osade tootmiseks, mida saab muudeks rakendusteks taaskasutada.
Ajalooliselt ei ole VPP suutnud toota õhukesi läbipaistvaid tugevusomadustega osi, mida kasutada ortodontiliste seadmetena.2021. aastal avaldasid LuxCreo ja Graphy võimaliku lahenduse.Alates veebruarist on Graphyl FDA heakskiit hambaraviseadmete otseseks 3D-printimiseks.Kui prindite need otse, peetakse täielikku protsessi lühemaks, lihtsamaks ja potentsiaalselt odavamaks.
Varajane arendus, mis sai meedias palju tähelepanu, oli 3D-printimise kasutamine suuremahulistes ehitusrakendustes, näiteks elamuehituses.Sageli on maja seinad trükitud ekstrusiooniga.Kõik muud majaosad on valmistatud traditsiooniliste meetodite ja materjalidega, sealhulgas põrandad, laed, katused, trepid, uksed, aknad, seadmed, kapid ja tööpinnad.3D-prinditud seinad võivad suurendada elektri, valgustuse, torustiku, torustiku ning kütte- ja kliimaseadmete ventilatsiooniavade paigaldamise kulusid.Betoonseina sise- ja välisviimistlus on keerulisem kui traditsioonilise seinakujundusega.Samuti on oluline kaaluda kodu moderniseerimist 3D-prinditud seintega.
Oak Ridge'i riikliku labori teadlased uurivad, kuidas 3D-prinditud seintel energiat salvestada.Sisestades ehituse käigus torud seina, saab sellest läbi voolata vesi kütteks ja jahutamiseks. See teadus- ja arendusprojekt on huvitav ja uuenduslik, kuid see on alles arengu alguses. See teadus- ja arendusprojekt on huvitav ja uuenduslik, kuid see on alles arengu alguses.See uurimisprojekt on huvitav ja uuenduslik, kuid on alles väljatöötamise algusjärgus.See uurimisprojekt on huvitav ja uuenduslik, kuid alles arengu algstaadiumis.
Enamik meist ei ole veel kursis ehitusdetailide või muude suurte objektide 3D-printimise ökonoomikaga.Tehnoloogiaga on toodetud mõned sillad, varikatused, pargipingid, hoonete ja väliskeskkonna dekoratiivelemendid.Arvatakse, et väikestes mastaapides (mõnest sentimeetrist mitme meetrini) lisandite valmistamise eelised kehtivad suuremahulise 3D-printimise puhul.Lisandite tootmise kasutamise peamised eelised hõlmavad keerukate kujundite ja funktsioonide loomist, osade arvu vähendamist, materjali ja kaalu vähendamist ning tootlikkuse suurendamist.Kui AM väärtust juurde ei too, tuleks selle kasulikkuses kahtluse alla seada.
2021. aasta oktoobris omandas Stratasys ülejäänud 55% osaluse Briti tööstuslike tindiprinterite tootja Xaari tütarettevõttes Xaar 3D.Stratasyse polümeer-PBF-tehnoloogia, mida nimetatakse Selective Absorbion Fusioniks, põhineb Xaari tindiprinteri prindipeadel.Stratasys H350 masin konkureerib HP MJF süsteemiga.
Desktop Metalli ostmine oli muljetavaldav.2021. aasta veebruaris omandas ettevõte Envisionteci, mis on kauaaegse tööstuslike lisandite tootmissüsteemide tootja.2021. aasta mais omandas ettevõte Adaptive3D, paindlike VPP polümeeride arendaja.2021. aasta juulis ostis Desktop Metal mitmest materjalist pulbervärviga värvimisprotsesside arendaja Aerosinti.Suurim omandamine toimus augustis, kui Desktop Metal ostis konkurendi ExOne'i 575 miljoni dollari eest.
ExOne'i omandamine Desktop Metali poolt toob kokku kaks tunnustatud metallist BJT süsteemide tootjat.Üldiselt pole tehnoloogia veel jõudnud tasemele, mida paljud usuvad.Ettevõtted tegelevad jätkuvalt selliste probleemidega nagu korratavus, usaldusväärsus ja probleemide algpõhjuste mõistmine, kui need tekivad.Isegi kui probleemid lahenevad, on tehnoloogial veel ruumi jõuda suurematele turgudele.2021. aasta juulis teatas patenteeritud 3D-printimise süsteemi kasutav teenusepakkuja 3DEO, et on klientidele tarninud miljondiku.
Tarkvara- ja pilveplatvormide arendajad on näinud lisaainetega töötlevas tööstuses märkimisväärset kasvu.See kehtib eriti tulemusjuhtimise süsteemide (MES) kohta, mis jälgivad AM väärtusahelat.3D Systems nõustus 2021. aasta septembris ostma Oqtoni 180 miljoni dollari eest.2017. aastal asutatud Oqton pakub pilvepõhiseid lahendusi töövoo parandamiseks ja AM-i tõhususe parandamiseks.Materialize omandas Link3D 2021. aasta novembris 33,5 miljoni dollari eest.Nagu Oqton, jälgib ka Link3D pilveplatvorm tööd ja lihtsustab AM-i töövoogu.
Üks viimaseid omandamisi 2021. aastal on ASTM Internationali poolt Wohlers Associatesi omandamine.Üheskoos töötavad nad Wohlersi kaubamärgi võimendamise nimel, et toetada AM-i laiemat kasutuselevõttu kogu maailmas.ASTM AMi tippkeskuse kaudu jätkab Wohlers Associates Wohlersi aruannete ja muude väljaannete koostamist, samuti nõustamisteenuste, turuanalüüsi ja koolituste pakkumist.
Lisandite töötlev tööstus on küpseks saanud ja paljud tööstusharud kasutavad seda tehnoloogiat paljudeks rakendusteks.Kuid 3D-printimine ei asenda enamikku muid tootmisviise.Selle asemel kasutatakse seda uut tüüpi toodete ja ärimudelite loomiseks.Organisatsioonid kasutavad AM-i, et vähendada osade kaalu, vähendada tarneaega ja tööriistakulusid ning parandada toodete isikupärastamist ja jõudlust.Eeldatakse, et lisaaineid töötlev tööstus jätkab oma kasvutrajektoori uute ettevõtete, toodete, teenuste, rakenduste ja kasutusjuhtumite esilekerkimisega, sageli meeletu kiirusega.