تولید افزودنی، همچنین به عنوان پرینت سه بعدی شناخته می شود، برای نزدیک به 35 سال از زمان استفاده تجاری خود به تکامل خود ادامه داده است.صنایع هوافضا، خودرو، دفاع، انرژی، حمل و نقل، پزشکی، دندانپزشکی و صنایع مصرفی از تولید افزودنی برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می کنند.
با چنین پذیرش گسترده ای، واضح است که تولید مواد افزودنی راه حلی برای همه نیست.طبق استاندارد اصطلاحات ISO/ASTM 52900، تقریباً تمام سیستم‌های تولید افزودنی تجاری در یکی از هفت دسته فرآیند قرار می‌گیرند.اینها شامل اکستروژن مواد (MEX)، فتوپلیمریزاسیون حمام (VPP)، همجوشی بستر پودری (PBF)، پاشش بایندر (BJT)، پاشش مواد (MJT)، رسوب انرژی هدایت شده (DED) و لایه لایه سازی ورق (SHL) است.در اینجا آنها بر اساس محبوبیت بر اساس فروش واحد مرتب شده اند.
تعداد فزاینده‌ای از متخصصان صنعت، از جمله مهندسان و مدیران، یاد می‌گیرند که چه زمانی تولید افزودنی می‌تواند به بهبود یک محصول یا فرآیند کمک کند و چه زمانی نمی‌تواند.از لحاظ تاریخی، ابتکارات عمده برای پیاده سازی تولید افزودنی از سوی مهندسان با تجربه در این فناوری صورت گرفته است.مدیریت نمونه‌های بیشتری را مشاهده می‌کند که نشان می‌دهد چگونه تولید افزودنی می‌تواند بهره‌وری را بهبود بخشد، زمان تحویل را کاهش دهد و فرصت‌های تجاری جدید ایجاد کند.AM جایگزین اکثر اشکال سنتی تولید نخواهد شد، بلکه به بخشی از زرادخانه توسعه محصول و قابلیت های تولید کارآفرین تبدیل خواهد شد.
تولید افزودنی طیف وسیعی از کاربردها، از میکروسیالات گرفته تا ساخت و ساز در مقیاس بزرگ را دارد.مزایای AM بسته به صنعت، کاربرد و عملکرد مورد نیاز متفاوت است.سازمان‌ها باید دلایل خوبی برای پیاده‌سازی AM، صرف‌نظر از موارد استفاده، داشته باشند.رایج ترین آنها مدل سازی مفهومی، تأیید طراحی، و تأیید مناسب بودن و عملکرد است.شرکت های بیشتری از آن برای ایجاد ابزارها و برنامه های کاربردی برای تولید انبوه، از جمله توسعه محصول سفارشی استفاده می کنند.
برای کاربردهای هوافضا، وزن عامل اصلی است.به گفته مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا، قرار دادن محموله 0.45 کیلوگرمی در مدار زمین حدود 10000 دلار هزینه دارد.کاهش وزن ماهواره ها می تواند در هزینه های پرتاب صرفه جویی کند.تصویر پیوست یک قطعه AM فلزی Swissto12 را نشان می دهد که چندین موجبر را در یک قسمت ترکیب می کند.با AM، وزن به کمتر از 0.08 کیلوگرم کاهش می یابد.
تولید افزودنی در سراسر زنجیره ارزش در صنعت انرژی استفاده می شود.برای برخی از شرکت ها، مورد تجاری استفاده از AM تکرار سریع پروژه ها برای ایجاد بهترین محصول ممکن در کمترین زمان است.در صنعت نفت و گاز، قطعات یا مجموعه‌های آسیب‌دیده می‌توانند هزاران دلار یا بیشتر هزینه از دست دادن بهره‌وری در ساعت داشته باشند.استفاده از AM برای بازیابی عملیات می تواند به ویژه جذاب باشد.
یک سازنده بزرگ سیستم های DED MX3D نمونه اولیه ابزار تعمیر لوله را منتشر کرده است.طبق گفته این شرکت، یک خط لوله آسیب دیده می تواند بین 100000 تا 1000000 یورو (113157-1131570 دلار) در روز هزینه داشته باشد.فیکسچر نشان داده شده در صفحه بعد از یک قسمت CNC به عنوان قاب استفاده می کند و از DED برای جوش دادن محیط لوله استفاده می کند.AM نرخ رسوب گذاری بالایی را با حداقل ضایعات فراهم می کند، در حالی که CNC دقت لازم را ارائه می دهد.
در سال 2021، یک محفظه آب پرینت سه بعدی روی سکوی نفتی TotalEnergies در دریای شمال نصب شد.جلیقه های آب یک عنصر حیاتی هستند که برای کنترل بازیابی هیدروکربن در چاه های در حال ساخت استفاده می شود.در این مورد، مزایای استفاده از تولید افزودنی کاهش زمان سرب و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به میزان 45 درصد در مقایسه با ژاکت های آب فورج سنتی است.
یکی دیگر از موارد تجاری برای تولید مواد افزودنی کاهش ابزارآلات گران قیمت است.Phone Scope برای دستگاه هایی که دوربین گوشی شما را به تلسکوپ یا میکروسکوپ متصل می کنند، آداپتورهای دیجیسکوپی توسعه داده است.هر سال گوشی های جدیدی عرضه می شوند که شرکت ها را ملزم می کند خط جدیدی از آداپتورها را عرضه کنند.با استفاده از AM، یک شرکت می تواند در هزینه ابزارهای گران قیمتی که باید هنگام عرضه گوشی های جدید جایگزین شوند، صرفه جویی کند.
مانند هر فرآیند یا فناوری دیگری، تولید افزودنی نباید مورد استفاده قرار گیرد زیرا جدید یا متفاوت است.این برای بهبود فرآیندهای توسعه محصول و/یا تولید است.باید ارزش اضافه کند.نمونه هایی از موارد تجاری دیگر شامل محصولات سفارشی و سفارشی سازی انبوه، عملکرد پیچیده، قطعات یکپارچه، مواد و وزن کمتر و عملکرد بهبود یافته است.
برای اینکه AM به پتانسیل رشد خود پی ببرد، باید به چالش ها پرداخت.برای اکثر کاربردهای تولیدی، فرآیند باید قابل اعتماد و قابل تکرار باشد.روش‌های بعدی خودکار کردن حذف مواد قطعات و ساپورت‌ها و پس پردازش کمک خواهد کرد.اتوماسیون همچنین بهره وری را افزایش می دهد و هزینه هر قطعه را کاهش می دهد.
یکی از زمینه های مورد علاقه اتوماسیون پس از پردازش مانند حذف پودر و تکمیل است.با خودکار کردن فرآیند تولید انبوه برنامه ها، می توان همان فناوری را هزاران بار تکرار کرد.مشکل این است که روش های اتوماسیون خاص می تواند بر اساس نوع قطعه، اندازه، مواد و فرآیند متفاوت باشد.به عنوان مثال، پس از پردازش روکش های دندانی خودکار بسیار متفاوت از پردازش قطعات موتور موشک است، اگرچه هر دو می توانند از فلز ساخته شوند.
از آنجایی که قطعات برای AM بهینه شده‌اند، اغلب ویژگی‌های پیشرفته‌تر و کانال‌های داخلی اضافه می‌شوند.برای PBF، هدف اصلی حذف 100٪ پودر است.Solukon سیستم های حذف خودکار پودر را تولید می کند.این شرکت یک فناوری به نام Smart Powder Recovery (SRP) توسعه داده است که قطعات فلزی را که هنوز به صفحه ساخت متصل هستند می چرخاند و می لرزاند.چرخش و ارتعاش توسط مدل CAD قطعه کنترل می شود.با حرکت دقیق و تکان دادن قطعات، پودر گرفته شده تقریباً مانند یک مایع جریان می یابد.این اتوماسیون کار دستی را کاهش می دهد و می تواند قابلیت اطمینان و تکرارپذیری حذف پودر را بهبود بخشد.
مشکلات و محدودیت های حذف دستی پودر می تواند امکان استفاده از AM را برای تولید انبوه، حتی در مقادیر کم، محدود کند.سیستم های حذف پودر فلز Solukon می توانند در یک جو بی اثر عمل کنند و پودر استفاده نشده را برای استفاده مجدد در ماشین های AM جمع آوری کنند.Solukon یک نظرسنجی از مشتریان انجام داد و مطالعه‌ای را در دسامبر 2021 منتشر کرد که نشان می‌دهد دو نگرانی بزرگ، سلامت شغلی و تکرارپذیری هستند.
حذف دستی پودر از ساختارهای رزین PBF می تواند زمان بر باشد.شرکت هایی مانند DyeMansion و PostProcess Technologies در حال ساخت سیستم های پس پردازش برای حذف خودکار پودر هستند.بسیاری از قطعات تولید افزودنی را می توان در سیستمی بارگذاری کرد که برای حذف پودر اضافی، محیط را معکوس و بیرون می کند.HP سیستم خود را دارد که گفته می شود پودر را از محفظه ساخت Jet Fusion 5200 در 20 دقیقه پاک می کند.این سیستم پودر ذوب نشده را در یک ظرف جداگانه برای استفاده مجدد یا بازیافت برای کاربردهای دیگر ذخیره می کند.
شرکت‌ها می‌توانند از اتوماسیون بهره ببرند که بتوان آن را در اکثر مراحل پس از پردازش اعمال کرد.DyeMansion سیستم هایی را برای حذف پودر، آماده سازی سطح و رنگ آمیزی ارائه می دهد.سیستم PowerFuse S قطعات را بارگیری می کند، قطعات صاف را بخار می کند و آنها را تخلیه می کند.این شرکت یک قفسه استیل ضد زنگ برای قطعات آویزان ارائه می دهد که با دست انجام می شود.سیستم PowerFuse S می تواند سطحی شبیه به قالب تزریق تولید کند.
بزرگترین چالش پیش روی صنعت درک فرصت های واقعی است که اتوماسیون ارائه می دهد.اگر نیاز به ساخت یک میلیون قطعه پلیمری باشد، فرآیندهای ریخته‌گری یا قالب‌گیری سنتی ممکن است بهترین راه‌حل باشد، اگرچه این بستگی به قطعه دارد.AM اغلب برای اولین اجرای تولید در تولید ابزار و آزمایش در دسترس است.از طریق پس پردازش خودکار، هزاران قطعه را می توان به طور قابل اعتماد و قابل تکرار با استفاده از AM تولید کرد، اما این قطعه خاص است و ممکن است به یک راه حل سفارشی نیاز داشته باشد.
AM هیچ ربطی به صنعت ندارد.بسیاری از سازمان ها نتایج تحقیق و توسعه جالبی ارائه می دهند که می تواند به عملکرد مناسب محصولات و خدمات منجر شود.در صنعت هوافضا، Relativity Space یکی از بزرگترین سیستم های تولید افزودنی فلزی را با استفاده از فناوری اختصاصی DED تولید می کند که این شرکت امیدوار است برای ساخت اکثر موشک هایش استفاده شود.موشک Terran 1 می تواند محموله 1250 کیلوگرمی را به مدار پایین زمین برساند.نسبیت قصد دارد یک موشک آزمایشی را در اواسط سال 2022 پرتاب کند و در حال حاضر در حال برنامه ریزی یک موشک بزرگتر و قابل استفاده مجدد به نام Terran R است.
راکت‌های Terran 1 و R شرکت Relativity Space روشی نوآورانه برای تجسم مجدد چگونگی شکل‌گیری پروازهای فضایی آینده هستند.طراحی و بهینه سازی برای تولید مواد افزودنی، علاقه به این توسعه را برانگیخت.این شرکت ادعا می کند که این روش تعداد قطعات را در مقایسه با موشک های سنتی 100 برابر کاهش می دهد.این شرکت همچنین ادعا می‌کند که می‌تواند ظرف 60 روز از مواد خام موشک تولید کند.این یک مثال عالی از ترکیب بسیاری از بخش ها در یک واحد و ساده کردن زنجیره تامین است.
در صنعت دندانپزشکی، از ساخت مواد افزودنی برای ساخت روکش‌ها، بریج‌ها، قالب‌های حفاری جراحی، پروتزهای جزئی و تراز کننده‌ها استفاده می‌شود.Align Technology و SmileDirectClub از پرینت سه بعدی برای تولید قطعاتی برای ترموفورمینگ ترازهای پلاستیکی شفاف استفاده می کنند.شرکت Align Technology تولید کننده محصولات با برند اینویزیلاین از بسیاری از سیستم های فوتوپلیمریزاسیون در حمام های 3D Systems استفاده می کند.در سال 2021، این شرکت گفت که از زمان دریافت تاییدیه FDA در سال 1998، بیش از 10 میلیون بیمار را درمان کرده است. اگر درمان یک بیمار معمولی از 10 الاینر تشکیل شده باشد که تخمین کمی است، شرکت 100 میلیون یا بیشتر قطعات AM تولید کرده است.بازیافت قطعات FRP به دلیل گرماسخت بودن آنها دشوار است.SmileDirectClub از سیستم HP Multi Jet Fusion (MJF) برای تولید قطعات ترموپلاستیک استفاده می کند که می توانند برای کاربردهای دیگر بازیافت شوند.
از لحاظ تاریخی، VPP قادر به تولید قطعات نازک و شفاف با خواص استحکام برای استفاده به عنوان لوازم ارتودنسی نبوده است.در سال 2021، LuxCreo و Graphy یک راه حل ممکن را منتشر کردند.از ماه فوریه، Graphy دارای تاییدیه FDA برای چاپ مستقیم سه بعدی لوازم دندانپزشکی است.اگر آنها را مستقیماً چاپ کنید، فرآیند انتها به انتها کوتاه تر، آسان تر و احتمالاً کم هزینه تر در نظر گرفته می شود.
توسعه اولیه ای که توجه رسانه ها را به خود جلب کرد، استفاده از چاپ سه بعدی برای کاربردهای ساختمانی در مقیاس بزرگ مانند مسکن بود.اغلب دیوارهای خانه با اکستروژن چاپ می شوند.تمام قسمت های دیگر خانه با استفاده از روش ها و مصالح سنتی از جمله کف، سقف، پشت بام، پله ها، درها، پنجره ها، لوازم خانگی، کابینت ها و کانترها ساخته شده است.دیوارهای پرینت سه بعدی می توانند هزینه نصب برق، روشنایی، لوله کشی، کانال کشی و دریچه های گرمایش و تهویه مطبوع را افزایش دهند.تکمیل نمای داخلی و خارجی دیوار بتنی دشوارتر از طراحی دیوار سنتی است.مدرن کردن خانه با دیوارهای پرینت سه بعدی نیز یک نکته مهم است.
محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge در حال مطالعه چگونگی ذخیره انرژی در دیوارهای پرینت سه بعدی هستند.با وارد کردن لوله ها به دیوار در حین ساخت، آب می تواند برای گرمایش و سرمایش از آن عبور کند. این پروژه تحقیق و توسعه جالب و نوآورانه است، اما هنوز در مراحل اولیه توسعه است. این پروژه تحقیق و توسعه جالب و نوآورانه است، اما هنوز در مراحل اولیه توسعه است.این پروژه تحقیقاتی جالب و نوآورانه است، اما هنوز در مراحل اولیه توسعه است.این پروژه تحقیقاتی جالب و مبتکرانه است، اما هنوز در مراحل اولیه توسعه است.
بسیاری از ما هنوز با اقتصاد پرینت سه بعدی قطعات ساختمان یا سایر اشیاء بزرگ آشنا نیستیم.از این فناوری برای تولید برخی پل ها، سایبان ها، نیمکت های پارک و عناصر تزئینی برای ساختمان ها و محیط بیرون استفاده شده است.اعتقاد بر این است که مزایای تولید افزودنی در مقیاس های کوچک (از چند سانتی متر تا چند متر) برای چاپ سه بعدی در مقیاس بزرگ اعمال می شود.از مزایای اصلی استفاده از ساخت افزودنی می توان به ایجاد اشکال و ویژگی های پیچیده، کاهش تعداد قطعات، کاهش مواد و وزن و افزایش بهره وری اشاره کرد.اگر AM ارزش اضافه نمی کند، مفید بودن آن باید مورد تردید قرار گیرد.
در اکتبر 2021، Stratasys 55 درصد باقی مانده از سهام Xaar 3D، یکی از شرکت های تابعه تولید کننده چاپگرهای جوهر افشان صنعتی بریتانیا، Xaar را خریداری کرد.فناوری PBF پلیمری Stratasys به نام Selective Absorbion Fusion بر پایه هدهای چاپ جوهرافشان Xaar است.دستگاه Stratasys H350 با سیستم HP MJF رقابت می کند.
خرید Desktop Metal چشمگیر بود.در فوریه 2021، این شرکت Envisiontec، تولید کننده قدیمی سیستم های تولید افزودنی های صنعتی را خریداری کرد.در می 2021، این شرکت Adaptive3D، توسعه دهنده پلیمرهای VPP انعطاف پذیر را خریداری کرد.در جولای 2021، دسکتاپ متال Aerosint، توسعه دهنده فرآیندهای پوشش مجدد پودری چند ماده را خریداری کرد.بزرگترین خرید در ماه آگوست زمانی رخ داد که Desktop Metal رقیب ExOne را به قیمت 575 میلیون دلار خریداری کرد.
خرید ExOne توسط Desktop Metal دو تولید کننده مشهور سیستم های فلزی BJT را گرد هم می آورد.به طور کلی، این فناوری هنوز به سطحی که بسیاری معتقدند، نرسیده است.شرکت ها به رسیدگی به مسائلی مانند تکرارپذیری، قابلیت اطمینان و درک علت اصلی مشکلات در صورت بروز ادامه می دهند.با این حال، اگر مشکلات حل شود، هنوز جا برای رسیدن این فناوری به بازارهای بزرگتر وجود دارد.در ژوئیه 2021، 3DEO، یک ارائه دهنده خدمات با استفاده از سیستم چاپ سه بعدی اختصاصی، گفت که یک میلیونم را برای مشتریان ارسال کرده است.
توسعه دهندگان نرم افزار و پلتفرم ابری رشد قابل توجهی در صنعت تولید افزودنی داشته اند.این امر به ویژه برای سیستم های مدیریت عملکرد (MES) که زنجیره ارزش AM را دنبال می کنند صادق است.3D Systems با خرید Oqton در سپتامبر 2021 به مبلغ 180 میلیون دلار موافقت کرد.Oqton که در سال 2017 تأسیس شد، راه حل های مبتنی بر ابر را برای بهبود گردش کار و بهبود کارایی AM ارائه می دهد.Materialize Link3D را در نوامبر 2021 به قیمت 33.5 میلیون دلار خریداری کرد.مانند Oqton، پلتفرم ابری Link3D کار را ردیابی می کند و گردش کار AM را ساده می کند.
یکی از آخرین خریدها در سال 2021، خرید Wohlers Associates توسط ASTM International است.آنها با هم در تلاشند تا از برند Wohlers برای حمایت از پذیرش گسترده AM در سراسر جهان استفاده کنند.از طریق مرکز تعالی ASTM AM، Wohlers Associates به تولید گزارش‌های Wohlers و سایر نشریات و همچنین ارائه خدمات مشاوره، تجزیه و تحلیل بازار و آموزش ادامه خواهد داد.
صنعت تولید مواد افزودنی به بلوغ رسیده است و بسیاری از صنایع از این فناوری برای طیف وسیعی از کاربردها استفاده می کنند.اما پرینت سه بعدی جایگزین اکثر اشکال دیگر تولید نخواهد شد.در عوض، برای ایجاد انواع جدیدی از محصولات و مدل های تجاری استفاده می شود.سازمان ها از AM برای کاهش وزن قطعات، کاهش زمان تحویل و هزینه ابزار و بهبود شخصی سازی و عملکرد محصول استفاده می کنند.انتظار می‌رود صنعت تولید مواد افزودنی با ظهور شرکت‌ها، محصولات، خدمات، برنامه‌ها و موارد استفاده جدید، اغلب با سرعت سرسام‌آور، به مسیر رشد خود ادامه دهد.