Aditivna proizvodnja, također poznata kao 3D ispis, nastavila se razvijati 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 širokom primjenom, jasno je da aditivna proizvodnja nije jedno rješenje za sve.Prema ISO/ASTM 52900 terminološkom standardu, gotovo svi komercijalni sustavi aditivne proizvodnje spadaju u jednu od sedam kategorija procesa.To uključuje ekstruziju materijala (MEX), fotopolimerizaciju u kupki (VPP), fuziju sloja praha (PBF), raspršivanje veziva (BJT), raspršivanje materijala (MJT), usmjereno taloženje energije (DED) i laminiranje listova (SHL).Ovdje su razvrstani po popularnosti na temelju jedinične prodaje.
Sve veći broj profesionalaca 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 tehnologiji.Uprava vidi još primjera kako aditivna proizvodnja može poboljšati produktivnost, smanjiti vrijeme isporuke i stvoriti nove poslovne prilike.AM neće zamijeniti većinu tradicionalnih oblika proizvodnje, ali će postati dio poduzetničkog arsenala razvoja proizvoda i proizvodnih mogućnosti.
Aditivna proizvodnja ima širok raspon primjena, od mikrofluidike do izgradnje velikih razmjera.Prednosti AM-a razlikuju se ovisno o industriji, primjeni i potrebnim performansama.Organizacije moraju imati dobre razloge za implementaciju AM-a, bez obzira na slučaj upotrebe.Najčešći su konceptualno modeliranje, provjera dizajna te provjera prikladnosti i funkcionalnosti.Sve više i više tvrtki koristi ga za izradu alata i aplikacija za masovnu proizvodnju, uključujući razvoj proizvoda po narudžbi.
Za aplikacije u zrakoplovstvu, težina je glavni faktor.Prema NASA-inom centru za svemirske letove Marshall, 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 Swissto12 metalni AM dio koji kombinira nekoliko valovoda u jedan dio.S AM, težina je smanjena na manje od 0,08 kg.
Aditivna proizvodnja koristi se u cijelom lancu vrijednosti u energetskoj industriji.Za neke tvrtke, poslovni argument za korištenje AM-a je brzo ponavljanje projekata kako bi se stvorio najbolji mogući proizvod u najkraćem vremenu.U industriji nafte i plina, oštećeni dijelovi ili sklopovi mogu koštati tisuće dolara ili više u izgubljenoj produktivnosti po satu.Korištenje AM-a za vraćanje operacija može biti posebno privlačno.
Veliki proizvođač DED sustava MX3D objavio je prototip alata za popravak cijevi.Oštećeni cjevovod može stajati između 100.000 € i 1.000.000 € (113.157 $-1.131.570 $) dnevno, prema tvrtki.Učvršćenje prikazano na sljedećoj stranici koristi CNC dio kao okvir i koristi DED za zavarivanje opsega cijevi.AM pruža visoke stope taloženja s minimalnim otpadom, dok CNC pruža potrebnu preciznost.
Godine 2021. 3D tiskano kućište za vodu postavljeno je na naftnu platformu TotalEnergies u Sjevernom moru.Vodeni omotači su ključni element koji se koristi za kontrolu povrata ugljikovodika u bušotinama u izgradnji.U ovom slučaju, prednosti korištenja aditivne proizvodnje su skraćeno vrijeme isporuke i smanjene emisije za 45% u usporedbi s tradicionalnim kovanim vodenim jaknama.
Drugi poslovni slučaj aditivne proizvodnje je smanjenje skupog alata.Phone Scope je razvio adaptere za digiskopiranje za uređaje koji povezuju kameru vašeg telefona s teleskopom ili mikroskopom.Svake godine izlaze novi telefoni, što od tvrtki zahtijeva da izdaju novu liniju adaptera.Korištenjem AM-a, tvrtka može uštedjeti novac na skupim alatima koje je potrebno zamijeniti kada se puste novi telefoni.
Kao i kod bilo kojeg drugog procesa ili tehnologije, aditivna proizvodnja ne bi se trebala koristiti jer se smatra novom ili drugačijom.Ovo je radi poboljšanja razvoja proizvoda i/ili procesa proizvodnje.To bi trebalo dodati vrijednost.Primjeri drugih poslovnih slučajeva uključuju prilagođene proizvode i masovnu prilagodbu, složenu funkcionalnost, integrirane dijelove, manje materijala i težine te poboljšane performanse.
Kako bi AM ostvario svoj potencijal rasta, potrebno je riješiti izazove.Za većinu proizvodnih primjena proces mora biti pouzdan i ponovljiv.Naknadne metode automatizacije uklanjanja materijala dijelova i nosača te naknadne obrade pomoći će.Automatizacija također povećava produktivnost i smanjuje cijenu po dijelu.
Jedno od područja od najvećeg interesa je automatizacija naknadne obrade kao što je uklanjanje praha i završna obrada.Automatiziranjem procesa masovne proizvodnje aplikacija, ista se tehnologija može ponoviti tisućama puta.Problem je u tome što se specifične metode automatizacije mogu razlikovati ovisno o vrsti dijela, veličini, materijalu i procesu.Na primjer, naknadna obrada automatiziranih zubnih krunica uvelike se razlikuje od obrade dijelova raketnih motora, iako obje mogu biti izrađene od metala.
Budući da su dijelovi optimizirani za AM, često se dodaju naprednije značajke i interni kanali.Za PBF, glavni cilj je ukloniti 100% pudera.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 na ploču za izradu.Rotaciju i vibracije kontrolira CAD model dijela.Preciznim pomicanjem i trešenjem dijelova, zahvaćeni prah teče gotovo kao tekućina.Ova automatizacija smanjuje ručni rad i može poboljšati pouzdanost i ponovljivost uklanjanja praha.
Problemi i ograničenja ručnog uklanjanja praha mogu ograničiti održivost korištenja AM za masovnu proizvodnju, čak i u malim količinama.Solukon sustavi za uklanjanje metalnog praha mogu raditi u inertnoj atmosferi i sakupljati neiskorišteni prah za ponovnu upotrebu u AM strojevima.Solukon je proveo istraživanje kupaca i objavio studiju u prosincu 2021. koja pokazuje da su dva najveća problema zdravlje na radu i ponovljivost.
Ručno uklanjanje praha sa struktura smole PBF može biti dugotrajno.Tvrtke kao što su DyeMansion i PostProcess Technologies grade sustave naknadne obrade za automatsko uklanjanje praha.Mnogi dijelovi aditivne proizvodnje mogu se učitati u sustav koji preokreće i izbacuje medij kako bi se uklonio višak praha.HP ima vlastiti sustav za koji se kaže da uklanja prah iz komore Jet Fusion 5200 za 20 minuta.Sustav pohranjuje neotopljeni prah u poseban spremnik 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.Sustav PowerFuse S puni dijelove, pari glatke dijelove i istovaruje ih.Tvrtka nudi stalak od nehrđajućeg čelika za vješanje dijelova, koji se izrađuje ručno.Sustav PowerFuse S može proizvesti površinu sličnu injekcijskom kalupu.
Najveći izazov s kojim se industrija suočava je razumijevanje stvarnih mogućnosti koje automatizacija nudi.Ako je potrebno izraditi milijun polimernih dijelova, tradicionalni postupci lijevanja ili kalupljenja mogu biti najbolje rješenje, iako to ovisi o dijelu.AM je često dostupan za prvu proizvodnju u proizvodnji i testiranju alata.Putem automatizirane naknadne obrade, tisuće dijelova može se proizvesti pouzdano i reproducibilno pomoću AM-a, ali on je specifičan za dijelove 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 za proizvodnju metalnih aditiva koristeći vlasničku DED tehnologiju, za koju se tvrtka nada da će se koristiti za proizvodnju većine njenih raketa.Njegova raketa Terran 1 može isporučiti teret od 1250 kg u nisku Zemljinu orbitu.Relativity planira lansirati testnu raketu sredinom 2022. i već planira veću raketu za višekratnu upotrebu pod nazivom Terran R.
Rakete Terran 1 i R tvrtke Relativity Space inovativan su način da ponovno zamislimo kako bi budući svemirski letovi mogli izgledati.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 iz sirovina u roku od 60 dana.Ovo je izvrstan primjer kombiniranja mnogih dijelova u jedan i znatnog pojednostavljenja opskrbnog lanca.
U stomatološkoj industriji aditivna proizvodnja koristi se za izradu krunica, mostova, kirurških šablona za bušenje, djelomičnih proteza i poravnavača.Align Technology i SmileDirectClub koriste 3D ispis za proizvodnju dijelova za termoformiranje prozirnih plastičnih poravnavača.Align Technology, proizvođač proizvoda marke Invisalign, koristi mnoge sustave fotopolimerizacije u kupkama 3D Systems.U 2021. tvrtka je rekla da je liječila više od 10 milijuna pacijenata otkako je 1998. dobila odobrenje FDA. Ako se liječenje tipičnog pacijenta sastoji od 10 poravnavača, što je niska procjena, tvrtka je proizvela 100 milijuna ili više AM dijelova.FRP dijelove je teško reciklirati jer su duroplastični.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 proizvesti tanke, prozirne dijelove sa svojstvima čvrstoće za upotrebu kao ortodontski aparati.Godine 2021. LuxCreo i Graphy objavili su moguće rješenje.Od veljače Graphy ima odobrenje FDA za izravni 3D ispis dentalnih aparata.Ako ih ispisujete izravno, proces od kraja do kraja smatra se kraćim, lakšim i potencijalno jeftinijim.
Rani razvoj koji je dobio dosta medijske pozornosti bila je upotreba 3D ispisa za velike građevinske aplikacije kao što je stanovanje.Često su zidovi kuće tiskani ekstruzijom.Svi ostali dijelovi kuće izrađeni su korištenjem tradicionalnih metoda i materijala, uključujući podove, stropove, krovove, stepenice, vrata, prozore, uređaje, ormare i radne ploče.3D tiskani zidovi mogu povećati troškove instalacije struje, rasvjete, vodovoda, kanala i otvora za grijanje i klimatizaciju.Dovršavanje interijera i eksterijera betonskog zida je teže nego kod tradicionalnog dizajna zida.Moderniziranje doma s 3D tiskanim zidovima također je važno pitanje.
Istraživači Nacionalnog laboratorija Oak Ridge proučavaju kako pohraniti energiju u 3D tiskane zidove.Umetanjem cijevi u zid tijekom gradnje kroz njega može teći voda za grijanje i hlađenje. Ovaj R&D projekt je zanimljiv i inovativan, ali je još uvijek u ranoj fazi razvoja. Ovaj R&D 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 je korištena za izradu nekih mostova, tendi, parkovnih klupa i ukrasnih elemenata za zgrade i vanjski okoliš.Vjeruje se da se prednosti aditivne proizvodnje u malim mjerilima (od nekoliko centimetara do nekoliko metara) odnose 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 AM ne dodaje vrijednost, njegovu korisnost treba dovesti u pitanje.
U listopadu 2021. Stratasys je kupio preostalih 55% udjela u Xaar 3D, podružnici britanskog proizvođača industrijskih inkjet pisača Xaar.Stratasysova polimerna PBF tehnologija, nazvana Selective Absorbion Fusion, temelji se na Xaar inkjet ispisnim glavama.Stroj Stratasys H350 konkurira HP MJF sustavu.
Kupnja Desktop Metala bila je impresivna.U veljači 2021. tvrtka je kupila Envisiontec, dugogodišnjeg proizvođača industrijskih aditivnih proizvodnih sustava.U svibnju 2021. tvrtka je kupila Adaptive3D, razvijača fleksibilnih VPP polimera.U srpnju 2021. Desktop Metal kupio je Aerosint, razvojnog proizvođača procesa ponovnog premazivanja prahom od više materijala.Najveća akvizicija dogodila se u kolovozu kada je Desktop Metal kupio konkurenta ExOne za 575 milijuna dolara.
Akvizicija ExOne od strane Desktop Metala spaja dva renomirana proizvođača metalnih BJT sustava.Općenito, tehnologija još nije dosegla razinu za koju mnogi vjeruju.Tvrtke se nastavljaju baviti pitanjima kao što su ponovljivost, pouzdanost i razumijevanje temeljnog uzroka problema čim se pojave.Unatoč tome, ako se problemi riješe, još uvijek ima prostora da tehnologija dosegne veća tržišta.U srpnju 2021. 3DEO, pružatelj usluga koji koristi vlasnički sustav 3D ispisa, rekao je da je kupcima isporučio milijunti dio.
Programeri softvera i platformi u oblaku bilježe značajan rast u industriji aditivne proizvodnje.To posebno vrijedi za sustave upravljanja učinkom (MES) koji prate lanac vrijednosti AM.3D Systems pristao je kupiti Oqton u rujnu 2021. za 180 milijuna dolara.Osnovan 2017., Oqton pruža rješenja temeljena na oblaku za poboljšanje tijeka rada i učinkovitost AM-a.Materijalize je kupio Link3D u studenom 2021. za 33,5 milijuna dolara.Poput Oqtona, Link3D platforma u oblaku prati rad i pojednostavljuje AM tijek rada.
Jedna od najnovijih akvizicija u 2021. je akvizicija Wohlers Associates od strane ASTM Internationala.Zajedno rade na iskorištavanju marke Wohlers kako bi podržali šire prihvaćanje AM-a u cijelom svijetu.Kroz ASTM AM centar izvrsnosti, Wohlers Associates nastavit će proizvoditi Wohlers izvješća i druge publikacije, kao i pružati savjetodavne usluge, analizu tržišta i obuku.
Industrija aditivne proizvodnje je sazrela i mnoge industrije koriste tehnologiju za širok raspon primjena.Ali 3D ispis neće zamijeniti većinu drugih oblika proizvodnje.Umjesto toga, koristi se za stvaranje novih vrsta proizvoda i poslovnih modela.Organizacije koriste AM za smanjenje težine dijelova, smanjenje vremena isporuke i troškova alata te poboljšanje personalizacije proizvoda i performansi.Očekuje se da će industrija aditivne proizvodnje nastaviti svoju putanju rasta s pojavom novih tvrtki, proizvoda, usluga, aplikacija i slučajeva uporabe, često vrtoglavom brzinom.