Aditivna proizvodnja, poznata i kao 3D ispis, kontinuirano se razvija već gotovo 35 godina od svoje komercijalne upotrebe. Zrakoplovna, automobilska, obrambena, energetska, transportna, medicinska, stomatološka i potrošačka industrija koriste aditivnu proizvodnju za širok raspon primjena.
S tako široko rasprostranjenom primjenom, jasno je da aditivna proizvodnja nije univerzalno rješenje. Prema terminološkom standardu ISO/ASTM 52900, gotovo svi komercijalni sustavi aditivne proizvodnje spadaju u jednu od sedam kategorija procesa. To uključuje ekstruziju materijala (MEX), fotopolimerizaciju u kadi (VPP), fuziju u sloju praha (PBF), prskanje veziva (BJT), prskanje materijala (MJT), usmjereno taloženje energije (DED) i laminaciju lima (SHL). Ovdje su sortirani prema popularnosti na temelju prodaje po jedinici.
Sve veći broj stručnjaka u industriji, uključujući inženjere i menadžere, uči kada aditivna proizvodnja može pomoći u poboljšanju proizvoda ili procesa, a kada ne. Povijesno gledano, glavne inicijative za implementaciju aditivne proizvodnje dolazile su od inženjera s iskustvom u toj tehnologiji. Uprava vidi više primjera kako aditivna proizvodnja može poboljšati produktivnost, smanjiti vrijeme isporuke i stvoriti nove poslovne prilike. Aditivna proizvodnja neće zamijeniti većinu tradicionalnih oblika proizvodnje, ali će postati dio poduzetnikovog arsenala razvoja proizvoda i proizvodnih mogućnosti.
Aditivna proizvodnja ima širok raspon primjena, od mikrofluidike do gradnje velikih razmjera. Prednosti aditivne proizvodnje razlikuju se ovisno o industriji, primjeni i potrebnim performansama. Organizacije moraju imati dobre razloge za implementaciju aditivne proizvodnje, bez obzira na slučaj upotrebe. Najčešći su konceptualno modeliranje, provjera dizajna te provjera prikladnosti i funkcionalnosti. Sve više tvrtki koristi je za stvaranje alata i aplikacija za masovnu proizvodnju, uključujući razvoj proizvoda po narudžbi.
Za zrakoplovne primjene, težina je glavni faktor. Prema NASA-inom Marshall Space Flight Centru, postavljanje tereta od 0,45 kg u Zemljinu orbitu košta oko 10.000 dolara. Smanjenje težine satelita može uštedjeti na troškovima lansiranja. Priložena slika prikazuje metalni Swissto12 AM dio koji kombinira nekoliko valovoda u jedan dio. S AM-om, težina se smanjuje na manje od 0,08 kg.
Aditivna proizvodnja koristi se u cijelom lancu vrijednosti u energetskoj industriji. Za neke tvrtke, poslovni argument za korištenje aditivne proizvodnje je brzo ponavljanje projekata kako bi se stvorio najbolji mogući proizvod u najkraćem mogućem roku. U naftnoj i plinskoj industriji, oštećeni dijelovi ili sklopovi mogu koštati tisuće dolara ili više zbog gubitka produktivnosti po satu. Korištenje aditivne proizvodnje za vraćanje poslovanja može biti posebno atraktivno.
Veliki proizvođač DED sustava, MX3D, izdao je prototip alata za popravak cijevi. Oštećeni cjevovod može koštati između 100.000 i 1.000.000 eura (113.157 do 1.131.570 dolara) dnevno, prema navodima tvrtke. Uređaj prikazan na sljedećoj stranici koristi CNC dio kao okvir i koristi DED za zavarivanje opsega cijevi. AM omogućuje visoke brzine nanošenja uz minimalan otpad, dok CNC osigurava potrebnu preciznost.
Godine 2021. na naftnu platformu tvrtke TotalEnergies u Sjevernom moru ugrađena je 3D printana obloga za vodu. Obloge za vodu ključni su element koji se koristi za kontrolu iscrpljivanja ugljikovodika u bušotinama u izgradnji. U ovom slučaju, prednosti korištenja aditivne proizvodnje su smanjeno vrijeme isporuke i smanjenje emisija za 45% u usporedbi s tradicionalnim kovanim oblogama za vodu.
Još jedan poslovni slučaj za aditivnu proizvodnju je smanjenje skupih alata. Phone Scope je razvio digiskopske adaptere za uređaje koji spajaju kameru vašeg telefona s teleskopom ili mikroskopom. Novi telefoni izlaze svake godine, što od tvrtki zahtijeva da izdaju novu liniju adaptera. Korištenjem aditivne proizvodnje, tvrtka može uštedjeti novac na skupim alatima koje je potrebno zamijeniti kada se izdaju novi telefoni.
Kao i kod bilo kojeg procesa ili tehnologije, aditivna proizvodnja ne bi se trebala koristiti jer se smatra novom ili drugačijom. To se radi poboljšanja razvoja proizvoda i/ili proizvodnih procesa. Trebala bi dodati vrijednost. Primjeri drugih poslovnih slučajeva uključuju prilagođene proizvode i masovnu prilagodbu, složenu funkcionalnost, integrirane dijelove, manje materijala i težine te poboljšane performanse.
Da bi aditivna proizvodnja ostvarila svoj potencijal rasta, potrebno je riješiti izazove. Za većinu proizvodnih primjena, proces mora biti pouzdan i ponovljiv. Naknadne metode automatizacije uklanjanja materijala s dijelova i nosača te naknadne obrade pomoći će. Automatizacija također povećava produktivnost i smanjuje trošak po dijelu.
Jedno od područja od najvećeg interesa je automatizacija naknadne obrade, poput uklanjanja i završne obrade praha. Automatizacijom procesa masovne proizvodnje aplikacija, ista se tehnologija može ponoviti tisuće puta. Problem je što se specifične metode automatizacije mogu razlikovati ovisno o vrsti dijela, veličini, materijalu i procesu. Na primjer, naknadna obrada automatiziranih zubnih krunica vrlo se razlikuje od obrade dijelova raketnog motora, iako obje mogu biti izrađene od metala.
Budući da su dijelovi optimizirani za AM, često se dodaju naprednije značajke i unutarnji kanali. Za PBF, glavni cilj je ukloniti 100% praha. Solukon proizvodi automatske sustave za uklanjanje praha. Tvrtka je razvila tehnologiju pod nazivom Smart Powder Recovery (SRP) koja rotira i vibrira metalne dijelove koji su još uvijek pričvršćeni za ploču za izradu. Rotaciju i vibracije kontrolira CAD model dijela. Preciznim pomicanjem i trešenjem dijelova, zarobljeni prah teče gotovo poput tekućine. Ova automatizacija smanjuje ručni rad i može poboljšati pouzdanost i ponovljivost uklanjanja praha.
Problemi i ograničenja ručnog uklanjanja praha mogu ograničiti održivost korištenja aditivne proizvodnje za masovnu proizvodnju, čak i u malim količinama. Solukonovi sustavi za uklanjanje metalnog praha mogu raditi u inertnoj atmosferi i skupljati neiskorišteni prah za ponovnu upotrebu u aditivnim strojevima. Solukon je proveo anketu među kupcima i objavio studiju u prosincu 2021. koja pokazuje da su dvije najveće brige zdravlje na radu i ponovljivost.
Ručno uklanjanje praha iz PBF smolnih struktura može biti dugotrajno. Tvrtke poput DyeMansiona i PostProcess Technologiesa grade sustave za naknadnu obradu koji automatski uklanjaju prah. Mnogi dijelovi aditivne proizvodnje mogu se učitati u sustav koji invertira i izbacuje medij kako bi se uklonio višak praha. HP ima vlastiti sustav za koji se kaže da uklanja prah iz komore za izradu Jet Fusiona 5200 za 20 minuta. Sustav pohranjuje nerastopljeni prah u zasebnu posudu za ponovnu upotrebu ili recikliranje za druge primjene.
Tvrtke mogu imati koristi od automatizacije ako se može primijeniti na većinu koraka naknadne obrade. DyeMansion nudi sustave za uklanjanje praha, pripremu površine i bojanje. PowerFuse S sustav utovaruje dijelove, pari glatke dijelove i istovaruje ih. Tvrtka osigurava stalak od nehrđajućeg čelika za vješanje dijelova, što se radi ručno. PowerFuse S sustav može proizvesti površinu sličnu kalupu za injekcijsko ubrizgavanje.
Najveći izazov s kojim se industrija suočava jest razumijevanje stvarnih mogućnosti koje automatizacija nudi. Ako je potrebno izraditi milijun polimernih dijelova, tradicionalni postupci lijevanja ili oblikovanja mogu biti najbolje rješenje, iako to ovisi o dijelu. AM je često dostupan za prvu proizvodnu seriju u proizvodnji i testiranju alata. Automatiziranom naknadnom obradom, tisuće dijelova mogu se pouzdano i ponovljivo proizvesti korištenjem AM-a, ali to je specifično za dio i može zahtijevati prilagođeno rješenje.
AM nema nikakve veze s industrijom. Mnoge organizacije predstavljaju zanimljive rezultate istraživanja i razvoja koji mogu dovesti do pravilnog funkcioniranja proizvoda i usluga. U zrakoplovnoj industriji, Relativity Space proizvodi jedan od najvećih sustava aditivne proizvodnje metala koristeći vlasničku DED tehnologiju, za koju se tvrtka nada da će se koristiti za proizvodnju većine svojih raketa. Njihova raketa Terran 1 može isporučiti teret od 1250 kg u nisku Zemljinu orbitu. Relativity planira lansirati probnu raketu sredinom 2022. i već planira veću, višekratnu raketu pod nazivom Terran R.
Rakete Terran 1 i R tvrtke Relativity Space inovativan su način ponovnog osmišljavanja budućih svemirskih letova. Dizajn i optimizacija za aditivnu proizvodnju potaknuli su interes za ovaj razvoj. Tvrtka tvrdi da ova metoda smanjuje broj dijelova za 100 puta u usporedbi s tradicionalnim raketama. Tvrtka također tvrdi da može proizvesti rakete od sirovina u roku od 60 dana. Ovo je sjajan primjer kombiniranja mnogih dijelova u jedan i uvelike pojednostavljuje lanac opskrbe.
U stomatološkoj industriji, aditivna proizvodnja koristi se za izradu krunica, mostova, kirurških predložaka za bušenje, djelomičnih proteza i udlaga. Align Technology i SmileDirectClub koriste 3D ispis za proizvodnju dijelova za termoformiranje prozirnih plastičnih udlaga. Align Technology, proizvođač proizvoda marke Invisalign, koristi mnoge sustave fotopolimerizacije u 3D Systems kadama. Tvrtka je 2021. godine izjavila da je liječila preko 10 milijuna pacijenata otkako je 1998. godine dobila odobrenje FDA-e. Ako se tipičan tretman pacijenta sastoji od 10 udlaga, što je niska procjena, tvrtka je proizvela 100 milijuna ili više AM dijelova. FRP dijelove je teško reciklirati jer su termostabilni. SmileDirectClub koristi HP Multi Jet Fusion (MJF) sustav za proizvodnju termoplastičnih dijelova koji se mogu reciklirati za druge primjene.
Povijesno gledano, VPP nije bio u mogućnosti proizvoditi tanke, prozirne dijelove s čvrstoćom za upotrebu kao ortodontski aparati. LuxCreo i Graphy su 2021. godine objavili moguće rješenje. Od veljače, Graphy ima odobrenje FDA za izravno 3D printanje stomatoloških aparata. Ako ih ispisujete izravno, cijeli proces se smatra kraćim, lakšim i potencijalno jeftinijim.
Rani razvoj koji je privukao mnogo medijske pozornosti bila je upotreba 3D ispisa za velike građevinske primjene poput stanovanja. Zidovi kuće često se tiskaju ekstruzijom. Svi ostali dijelovi kuće izrađeni su tradicionalnim metodama i materijalima, uključujući podove, stropove, krovove, stepenice, vrata, prozore, uređaje, ormariće i radne ploče. 3D ispisani zidovi mogu povećati troškove instalacije električne energije, rasvjete, vodovoda, kanala i ventilacijskih otvora za grijanje i klimatizaciju. Završna obrada unutarnjeg i vanjskog dijela betonskog zida teža je nego kod tradicionalnog dizajna zidova. Modernizacija doma 3D ispisanim zidovima također je važno razmatranje.
Istraživači u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge proučavaju kako pohraniti energiju u 3D printane zidove. Umetanjem cijevi u zid tijekom gradnje, voda može teći kroz njega za grijanje i hlađenje. Ovaj istraživačko-razvojni projekt je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja. Ovaj istraživačko-razvojni projekt je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja.Ovaj istraživački projekt je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja.Ovaj istraživački projekt je zanimljiv i inovativan, ali još uvijek u ranoj fazi razvoja.
Većina nas još nije upoznata s ekonomijom 3D ispisa građevinskih dijelova ili drugih velikih objekata. Tehnologija se koristila za proizvodnju nekih mostova, tendi, klupa za parkove i ukrasnih elemenata za zgrade i vanjski okoliš. Vjeruje se da se prednosti aditivne proizvodnje u malim mjerilima (od nekoliko centimetara do nekoliko metara) primjenjuju i na 3D ispis velikih razmjera. Glavne prednosti korištenja aditivne proizvodnje uključuju stvaranje složenih oblika i značajki, smanjenje broja dijelova, smanjenje materijala i težine te povećanje produktivnosti. Ako aditivna proizvodnja ne dodaje vrijednost, treba dovesti u pitanje njezinu korisnost.
U listopadu 2021. Stratasys je preuzeo preostalih 55% udjela u Xaar 3D, podružnici britanskog proizvođača industrijskih inkjet pisača Xaar. Stratasysova polimerna PBF tehnologija, nazvana Selective Absorbion Fusion Fusion, temelji se na Xaar inkjet glavama za ispis. Stroj Stratasys H350 konkurira HP MJF sustavu.
Kupnja Desktop Metala bila je impresivna. U veljači 2021. tvrtka je preuzela Envisiontec, dugogodišnjeg proizvođača industrijskih sustava za aditivnu proizvodnju. U svibnju 2021. tvrtka je preuzela Adaptive3D, tvrtku za razvoj fleksibilnih VPP polimera. U srpnju 2021. Desktop Metal je preuzeo Aerosint, tvrtku za razvoj procesa ponovnog premazivanja višematerijalnim praškastim premazom. Najveća akvizicija dogodila se u kolovozu kada je Desktop Metal kupio konkurenta ExOne za 575 milijuna dolara.
Akvizicija tvrtke ExOne od strane tvrtke Desktop Metal spaja dva renomirana proizvođača metalnih BJT sustava. Općenito, tehnologija još nije dosegla razinu koju mnogi vjeruju. Tvrtke nastavljaju rješavati probleme poput ponovljivosti, pouzdanosti i razumijevanja uzroka problema kako se pojavljuju. Unatoč tome, ako se problemi riješe, još uvijek postoji prostor da tehnologija dosegne veća tržišta. U srpnju 2021., 3DEO, pružatelj usluga koji koristi vlasnički 3D sustav ispisa, izjavio je da je isporučio milijunti primjerak kupcima.
Razvojni programeri softvera i cloud platformi zabilježili su značajan rast u industriji aditivne proizvodnje. To se posebno odnosi na sustave upravljanja performansama (MES) koji prate lanac vrijednosti aditivne proizvodnje. 3D Systems pristao je preuzeti Oqton u rujnu 2021. za 180 milijuna dolara. Osnovan 2017., Oqton pruža cloud rješenja za poboljšanje tijeka rada i poboljšanje učinkovitosti aditivne proizvodnje. Materialize je preuzeo Link3D u studenom 2021. za 33,5 milijuna dolara. Poput Oqtona, Link3D-ova cloud platforma prati rad i pojednostavljuje tijek rada aditivne proizvodnje.
Jedna od najnovijih akvizicija u 2021. godini je akvizicija tvrtke Wohlers Associates od strane tvrtke ASTM International. Zajedno rade na iskorištavanju brenda Wohlers kako bi podržali šire usvajanje aditivnog inženjerstva diljem svijeta. Putem Centra izvrsnosti ASTM AM, Wohlers Associates će nastaviti izrađivati ​​Wohlersova izvješća i druge publikacije, kao i pružati savjetodavne usluge, analizu tržišta i obuku.
Industrija aditivne proizvodnje je sazrela i mnoge industrije koriste tu tehnologiju za širok raspon primjena. No, 3D ispis neće zamijeniti većinu drugih oblika proizvodnje. Umjesto toga, koristi se za stvaranje novih vrsta proizvoda i poslovnih modela. Organizacije koriste aditivnu proizvodnju kako bi smanjile težinu dijelova, smanjile vrijeme isporuke i troškove alata te poboljšale personalizaciju i performanse proizvoda. Očekuje se da će industrija aditivne proizvodnje nastaviti svoju putanju rasta s pojavom novih tvrtki, proizvoda, usluga, aplikacija i slučajeva upotrebe, često vrtoglavom brzinom.