A fabricación aditiva, tamén coñecida como impresión 3D, continuou evolucionando durante case 35 anos desde o seu uso comercial.As industrias aeroespacial, automoción, defensa, enerxía, transporte, médica, odontoloxía e de consumo usan a fabricación aditiva para unha ampla gama de aplicacións.
Con tan ampla adopción, está claro que a fabricación aditiva non é unha solución única.Segundo a norma de terminoloxía ISO/ASTM 52900, case todos os sistemas comerciais de fabricación aditiva encóntranse nunha das sete categorías de procesos.Estes inclúen extrusión de material (MEX), fotopolimerización en baño (VPP), fusión en leito de po (PBF), pulverización de aglutinante (BJT), pulverización de material (MJT), deposición de enerxía dirixida (DED) e laminación de follas (SHL).Aquí están ordenados por popularidade en función das vendas unitarias.
Un número crecente de profesionais do sector, incluídos enxeñeiros e xestores, están aprendendo cando a fabricación aditiva pode axudar a mellorar un produto ou proceso e cando non.Históricamente, as principais iniciativas para implementar a fabricación aditiva veñen de enxeñeiros experimentados coa tecnoloxía.A dirección ve máis exemplos de como a fabricación aditiva pode mellorar a produtividade, reducir os prazos de entrega e crear novas oportunidades de negocio.A AM non substituirá a maioría das formas tradicionais de fabricación, senón que pasará a formar parte do arsenal de desenvolvemento de produtos e capacidades de fabricación do empresario.
A fabricación aditiva ten unha ampla gama de aplicacións, desde a microfluídica ata a construción a gran escala.Os beneficios de AM varían segundo o sector, a aplicación e o rendemento necesario.As organizacións deben ter boas razóns para implementar AM, independentemente do caso de uso.Os máis comúns son o modelado conceptual, a verificación de deseño e a verificación de idoneidade e funcionalidade.Cada vez son máis as empresas que o utilizan para crear ferramentas e aplicacións para a produción en masa, incluíndo o desenvolvemento de produtos personalizados.
Para as aplicacións aeroespaciais, o peso é un factor importante.Custa uns 10.000 dólares poñer unha carga útil de 0,45 kg na órbita terrestre, segundo o Marshall Space Flight Center da NASA.Reducir o peso dos satélites pode aforrar custos de lanzamento.A imaxe adxunta mostra unha parte metálica Swissto12 AM que combina varias guías de onda nunha soa parte.Con AM, o peso redúcese a menos de 0,08 kg.
A fabricación aditiva úsase en toda a cadea de valor da industria enerxética.Para algunhas empresas, o caso de negocio para usar AM é iterar rapidamente proxectos para crear o mellor produto posible no menor tempo posible.Na industria do petróleo e do gas, as pezas ou conxuntos danados poden custar miles de dólares ou máis en perda de produtividade por hora.Usar AM para restaurar operacións pode ser especialmente atractivo.
Un importante fabricante de sistemas DED MX3D lanzou un prototipo de ferramenta de reparación de tubos.Unha canalización danada pode custar entre 100.000 e 1.000.000 euros ao día, segundo a compañía.O accesorio que se mostra na páxina seguinte usa unha peza CNC como marco e usa DED para soldar a circunferencia do tubo.AM proporciona altas taxas de deposición cun mínimo desperdicio, mentres que CNC proporciona a precisión necesaria.
En 2021, instalouse unha carcasa de auga impresa en 3D nunha plataforma petrolífera de TotalEnergies no Mar do Norte.As camisas de auga son un elemento crítico utilizado para controlar a recuperación de hidrocarburos en pozos en construción.Neste caso, os beneficios do uso da fabricación aditiva son a redución dos prazos de entrega e a redución das emisións nun 45% en comparación coas tradicionales chaquetas de auga forxadas.
Outro caso de negocio para a fabricación aditiva é a redución de útiles caros.Phone Scope desenvolveu adaptadores de digiscoping para dispositivos que conectan a cámara do seu teléfono a un telescopio ou microscopio.Todos os anos lanzan novos teléfonos, polo que as empresas deben lanzar unha nova liña de adaptadores.Ao usar AM, unha empresa pode aforrar diñeiro en ferramentas caras que deben ser substituídas cando se lanzan novos teléfonos.
Como ocorre con calquera proceso ou tecnoloxía, a fabricación aditiva non debe utilizarse xa que se considera nova ou diferente.Trátase de mellorar o desenvolvemento de produtos e/ou os procesos de fabricación.Debería engadir valor.Exemplos doutros casos de negocio inclúen produtos personalizados e personalización masiva, funcionalidades complexas, pezas integradas, menos material e peso e un rendemento mellorado.
Para que AM realice o seu potencial de crecemento, hai que abordar os desafíos.Para a maioría das aplicacións de fabricación, o proceso debe ser fiable e reproducible.Axudarán os métodos posteriores de automatización da eliminación de material de pezas e soportes e posprocesamento.A automatización tamén aumenta a produtividade e reduce o custo por peza.
Unha das áreas de maior interese é a automatización do post-procesamento como a eliminación de po e o acabado.Ao automatizar o proceso de produción en masa de aplicacións, a mesma tecnoloxía pódese repetir miles de veces.O problema é que os métodos de automatización específicos poden variar segundo o tipo de peza, o tamaño, o material e o proceso.Por exemplo, o procesamento posterior das coroas dentais automatizadas é moi diferente do procesamento de pezas de motores de foguetes, aínda que ambas poden ser de metal.
Dado que as pezas están optimizadas para AM, moitas veces engádense funcións máis avanzadas e canles internas.Para PBF, o obxectivo principal é eliminar o 100% do po.Solukon fabrica sistemas automáticos de eliminación de po.A compañía desenvolveu unha tecnoloxía chamada Smart Powder Recovery (SRP) que xira e fai vibrar as pezas metálicas que aínda están unidas á placa de construción.A rotación e a vibración son controladas polo modelo CAD da peza.Ao mover e axitar con precisión as pezas, o po capturado flúe case como un líquido.Esta automatización reduce o traballo manual e pode mellorar a fiabilidade e reproducibilidade da eliminación do po.
Os problemas e limitacións da eliminación manual do po poden limitar a viabilidade do uso de AM para a produción en masa, mesmo en pequenas cantidades.Os sistemas de eliminación de po metálico Solukon poden funcionar nunha atmosfera inerte e recoller o po non utilizado para a súa reutilización en máquinas AM.Solukon realizou unha enquisa aos clientes e publicou un estudo en decembro de 2021 que mostra que as dúas maiores preocupacións son a saúde laboral e a reproducibilidade.
A eliminación manual do po das estruturas de resina PBF pode levar moito tempo.Empresas como DyeMansion e PostProcess Technologies están a construír sistemas de post-procesamento para eliminar automaticamente o po.Moitas pezas de fabricación aditiva pódense cargar nun sistema que inverte e expulsa o medio para eliminar o exceso de po.HP ten o seu propio sistema que se di que elimina o po da cámara de construción do Jet Fusion 5200 en 20 minutos.O sistema almacena o po sen fundir nun recipiente separado para a súa reutilización ou reciclaxe para outras aplicacións.
As empresas poden beneficiarse da automatización se se pode aplicar á maioría dos pasos de post-procesamento.DyeMansion ofrece sistemas para a eliminación de po, preparación de superficies e pintura.O sistema PowerFuse S carga as pezas, vaporiza as partes lisas e descárgaas.A empresa ofrece un estante de aceiro inoxidable para colgar pezas, que se fai a man.O sistema PowerFuse S pode producir unha superficie similar a un molde de inxección.
O maior reto ao que se enfronta a industria é comprender as oportunidades reais que ofrece a automatización.Se hai que fabricar un millón de pezas de polímero, os procesos tradicionais de fundición ou moldeado poden ser a mellor solución, aínda que depende da peza.AM adoita estar dispoñible para a primeira produción na produción e proba de ferramentas.A través do post-procesamento automatizado, pódense producir miles de pezas de forma fiable e reproducible usando AM, pero é específica para cada peza e pode requirir unha solución personalizada.
AM non ten nada que ver coa industria.Moitas organizacións presentan resultados interesantes de investigación e desenvolvemento que poden levar ao bo funcionamento dos produtos e servizos.Na industria aeroespacial, Relativity Space produce un dos maiores sistemas de fabricación de aditivos metálicos mediante a tecnoloxía DED propietaria, que a compañía espera que se use para fabricar a maioría dos seus foguetes.O seu foguete Terran 1 pode entregar unha carga útil de 1.250 kg á órbita terrestre baixa.Relativity planea lanzar un foguete de proba a mediados de 2022 e xa está a planear un foguete reutilizable máis grande chamado Terran R.
Os foguetes Terran 1 e R de Relativity Space son unha forma innovadora de reimaxinar como podería ser o futuro voo espacial.O deseño e optimización para a fabricación aditiva espertou o interese neste desenvolvemento.A empresa afirma que este método reduce o número de pezas en 100 veces en comparación cos foguetes tradicionais.A compañía tamén afirma que pode producir foguetes a partir de materias primas nun prazo de 60 días.Este é un gran exemplo de combinar moitas partes nunha soa e simplificar moito a cadea de subministración.
Na industria dental, a fabricación aditiva emprégase para facer coroas, pontes, modelos de perforación cirúrxica, dentaduras parciais e aliñadores.Align Technology e SmileDirectClub usan a impresión 3D para producir pezas para termoformar aliñadores de plástico transparente.Align Technology, fabricante de produtos da marca Invisalign, utiliza moitos dos sistemas de fotopolimerización nos baños de 3D Systems.En 2021, a compañía dixo que tratara a máis de 10 millóns de pacientes desde que recibiu a aprobación da FDA en 1998. Se o tratamento típico dun paciente consiste en 10 aliñadores, o que é unha estimación baixa, a compañía produciu 100 millóns ou máis de pezas AM.As pezas de FRP son difíciles de reciclar porque son termoestables.SmileDirectClub utiliza o sistema HP Multi Jet Fusion (MJF) para producir pezas termoplásticas que se poden reciclar para outras aplicacións.
Históricamente, VPP non foi capaz de producir pezas finas e transparentes con propiedades de resistencia para o seu uso como aparellos de ortodoncia.En 2021, LuxCreo e Graphy lanzaron unha posible solución.A partir de febreiro, Graphy ten a aprobación da FDA para a impresión directa en 3D de aparellos dentais.Se os imprimes directamente, o proceso de extremo a extremo considérase máis curto, máis sinxelo e potencialmente menos custoso.
Un dos primeiros desenvolvementos que recibiu moita atención dos medios foi o uso da impresión 3D para aplicacións de construción a gran escala como a vivenda.Moitas veces as paredes da casa están impresas por extrusión.Todas as outras partes da casa foron feitas con métodos e materiais tradicionais, incluíndo pisos, teitos, tellados, escaleiras, portas, fiestras, electrodomésticos, armarios e encimeras.As paredes impresas en 3D poden aumentar o custo da instalación de electricidade, iluminación, fontanería, canalizacións e ventilacións para calefacción e aire acondicionado.Rematar o interior e o exterior dun muro de formigón é máis difícil que cun deseño de parede tradicional.Modernizar unha casa con paredes impresas en 3D tamén é unha consideración importante.
Os investigadores do Laboratorio Nacional de Oak Ridge estudan como almacenar enerxía en paredes impresas en 3D.Ao inserir tubos na parede durante a construción, a auga pode fluír por ela para quentar e arrefriar. Este proxecto de I+D é interesante e innovador, pero aínda está nunha fase inicial de desenvolvemento. Este proxecto de I+D é interesante e innovador, pero aínda está nunha fase inicial de desenvolvemento.Este proxecto de investigación é interesante e innovador, pero aínda está nas primeiras fases de desenvolvemento.Este proxecto de investigación é interesante e innovador, pero aínda está nas primeiras fases de desenvolvemento.
A maioría de nós aínda non estamos familiarizados coa economía da impresión en 3D de pezas de construción ou outros obxectos grandes.A tecnoloxía utilizouse para producir algunhas pontes, toldos, bancos de parques e elementos decorativos para edificios e o ambiente exterior.Crese que as vantaxes da fabricación aditiva a pequena escala (desde uns poucos centímetros ata varios metros) aplícanse á impresión 3D a gran escala.Os principais beneficios do uso da fabricación aditiva inclúen a creación de formas e características complexas, a redución do número de pezas, a redución de material e peso e o aumento da produtividade.Se a AM non aporta valor, debe cuestionarse a súa utilidade.
En outubro de 2021, Stratasys adquiriu o 55% restante de Xaar 3D, unha subsidiaria do fabricante británico de impresoras industriais de inxección de tinta Xaar.A tecnoloxía PBF de polímeros de Stratasys, chamada Selective Absortion Fusion, baséase nos cabezales de impresión de inxección de tinta Xaar.A máquina Stratasys H350 compite co sistema HP MJF.
Mercar Desktop Metal foi impresionante.En febreiro de 2021, a compañía adquiriu Envisiontec, un fabricante de longa data de sistemas de fabricación aditiva industrial.En maio de 2021, a compañía adquiriu Adaptive3D, un desenvolvedor de polímeros flexibles de VPP.En xullo de 2021, Desktop Metal adquiriu Aerosint, un desenvolvedor de procesos de recubrimento de recubrimento en po multimaterial.A maior adquisición produciuse en agosto cando Desktop Metal comprou ao competidor ExOne por 575 millóns de dólares.
A adquisición de ExOne por Desktop Metal reúne a dous recoñecidos fabricantes de sistemas BJT metálicos.En xeral, a tecnoloxía aínda non alcanzou o nivel que moitos cren.As empresas seguen abordando problemas como a repetibilidade, a fiabilidade e a comprensión da causa raíz dos problemas a medida que xorden.Aínda así, se os problemas se solucionan, aínda hai espazo para que a tecnoloxía chegue a mercados máis grandes.En xullo de 2021, 3DEO, un provedor de servizos que utilizaba un sistema de impresión 3D propietario, dixo que enviara unha millonésima parte aos clientes.
Os desenvolvedores de software e plataformas na nube experimentaron un crecemento significativo na industria da fabricación aditiva.Isto é especialmente certo para os sistemas de xestión de rendemento (MES) que rastrexan a cadea de valor de AM.3D Systems acordou adquirir Oqton en setembro de 2021 por 180 millóns de dólares.Fundada en 2017, Oqton ofrece solucións baseadas na nube para mellorar o fluxo de traballo e mellorar a eficiencia da AM.Materialize adquiriu Link3D en novembro de 2021 por 33,5 millóns de dólares.Do mesmo xeito que Oqton, a plataforma na nube de Link3D rastrexa o traballo e simplifica o fluxo de traballo AM.
Unha das últimas adquisicións en 2021 é a adquisición de Wohlers Associates por parte de ASTM International.Xuntos están a traballar para aproveitar a marca Wohlers para apoiar a adopción máis ampla da AM en todo o mundo.A través do Centro de Excelencia ASTM AM, Wohlers Associates continuará producindo informes de Wohlers e outras publicacións, ademais de ofrecer servizos de asesoramento, análise de mercado e formación.
A industria de fabricación aditiva madurou e moitas industrias están utilizando a tecnoloxía para unha ampla gama de aplicacións.Pero a impresión 3D non substituirá a maioría das outras formas de fabricación.En cambio, úsase para crear novos tipos de produtos e modelos de negocio.As organizacións usan a AM para reducir o peso das pezas, reducir os prazos de entrega e os custos das ferramentas e mellorar a personalización e o rendemento dos produtos.Espérase que a industria da fabricación aditiva continúe a súa traxectoria de crecemento con novas empresas, produtos, servizos, aplicacións e casos de uso emerxentes, moitas veces a unha velocidade vertixinosa.