Az additív gyártás, más néven 3D nyomtatás, közel 35 éve folyamatosan fejlődik kereskedelmi alkalmazása óta. A repülőgépipar, az autóipar, a védelmi ipar, az energiaipar, a szállítmányozás, az orvostudomány, a fogászat és a fogyasztói ipar számos alkalmazási területen alkalmazza az additív gyártást.
Ilyen széles körű elterjedéssel egyértelmű, hogy az additív gyártás nem egy univerzális megoldás. Az ISO/ASTM 52900 terminológiai szabvány szerint szinte az összes kereskedelmi forgalomban kapható additív gyártási rendszer hét folyamatkategória egyikébe tartozik. Ezek közé tartozik az anyagextrudálás (MEX), a fürdős fotopolimerizáció (VPP), a porágyas fúzió (PBF), a kötőanyag-szórás (BJT), az anyagszórás (MJT), az irányított energialeválasztás (DED) és a lemezlaminálás (SHL). Itt az egységeladások alapján népszerűség szerint vannak rendezve.
Egyre több iparági szakember, köztük mérnökök és vezetők tanulják meg, hogy az additív gyártás mikor segíthet egy termék vagy folyamat fejlesztésében, és mikor nem. Történelmileg az additív gyártás bevezetésére irányuló főbb kezdeményezések a technológiában jártas mérnököktől származnak. A vezetőség egyre több példát lát arra, hogy az additív gyártás hogyan javíthatja a termelékenységet, csökkentheti az átfutási időket és teremthet új üzleti lehetőségeket. Az additív gyártás nem fogja felváltani a legtöbb hagyományos gyártási formát, de a vállalkozó termékfejlesztési és gyártási képességeinek részévé válik.
Az additív gyártás széles körű alkalmazásokkal rendelkezik, a mikrofluidikától a nagyméretű konstrukciókig. Az additív gyártás előnyei iparáganként, alkalmazásonként és a szükséges teljesítménytől függően változnak. A szervezeteknek jó indokokkal kell rendelkezniük az additív gyártás bevezetésére, függetlenül a felhasználási esettől. A leggyakoribbak a koncepciómodellezés, a tervellenőrzés, valamint az alkalmasság és a funkcionalitás ellenőrzése. Egyre több vállalat használja ezt a módszert tömegtermeléshez szükséges eszközök és alkalmazások létrehozására, beleértve az egyedi termékfejlesztést is.
A repülőgépipari alkalmazásoknál a súly fontos tényező. A NASA Marshall Űrközpontja szerint körülbelül 10 000 dollárba kerül egy 0,45 kg-os hasznos teher Föld körüli pályára állítása. A műholdak súlyának csökkentése megtakaríthatja az indítási költségeket. A csatolt kép egy Swissto12 fém AM alkatrészt mutat, amely több hullámvezetőt egyesít egyetlen résszé. Az AM segítségével a súly 0,08 kg alá csökken.
Az additív gyártást az energiaipar teljes értékláncában alkalmazzák. Egyes vállalatok számára az additív gyártás használatának üzleti indoka az, hogy gyorsan iterálják a projekteket a lehető legjobb termék létrehozása érdekében a lehető legrövidebb idő alatt. Az olaj- és gáziparban a sérült alkatrészek vagy szerelvények óránként több ezer dollárba vagy még többbe kerülhetnek a termelékenységkiesés miatt. Az additív gyártás használata a működés helyreállítására különösen vonzó lehet.
A DED rendszerek egyik legnagyobb gyártója, az MX3D kiadott egy prototípus csőjavító szerszámot. A cég szerint egy sérült csővezeték napi 100 000 és 1 000 000 euró (113 157–1 131 570 dollár) közötti költségbe kerülhet. A következő oldalon látható szerelvény CNC alkatrészt használ keretként, és DED-del hegeszti a cső kerületét. Az additív gyártás magas leválasztási sebességet biztosít minimális hulladékkal, míg a CNC biztosítja a szükséges pontosságot.
2021-ben egy 3D nyomtatott vízburkolatot szereltek fel egy TotalEnergies olajfúrótornyon az Északi-tengeren. A vízdzsekik kritikus fontosságú elemek a szénhidrogén-kinyerés szabályozásában az építés alatt álló kutakban. Ebben az esetben az additív gyártás alkalmazásának előnyei a rövidebb átfutási idők és a 45%-kal alacsonyabb kibocsátás a hagyományos kovácsolt vízdzsekikhez képest.
Az additív gyártás egy másik üzleti lehetősége a drága szerszámok csökkentése. A Phone Scope digiscoping adaptereket fejlesztett ki olyan eszközökhöz, amelyek a telefon kameráját teleszkóphoz vagy mikroszkóphoz csatlakoztatják. Minden évben megjelennek új telefonok, ami megköveteli a vállalatoktól, hogy új adaptersorozatot dobjanak piacra. Az additív gyártás használatával a vállalatok pénzt takaríthatnak meg a drága szerszámokon, amelyeket új telefonok megjelenésekor ki kell cserélni.
Mint minden folyamat vagy technológia esetében, az additív gyártást sem szabad alkalmazni, mivel újnak vagy eltérőnek tekintik. Ez a termékfejlesztés és/vagy a gyártási folyamatok javítását szolgálja. Értéket kell teremtenie. További üzleti esetekre példaként említhetők az egyedi termékek és a tömeges testreszabás, az összetett funkciók, az integrált alkatrészek, a kisebb anyag- és súlyfelesleg, valamint a jobb teljesítmény.
Ahhoz, hogy az additív gyártás (AM) kiaknázhassa növekedési potenciálját, kihívásokkal kell foglalkozni. A legtöbb gyártási alkalmazás esetében a folyamatnak megbízhatónak és reprodukálhatónak kell lennie. Az alkatrészek és tartók anyagának eltávolítását, valamint az utófeldolgozást automatizáló későbbi módszerek segíteni fognak. Az automatizálás a termelékenységet is növeli és csökkenti az alkatrészenkénti költséget.
Az egyik legnagyobb érdeklődésre számot tartó terület az utófeldolgozás automatizálása, mint például a por eltávolítása és a kikészítés. Az alkalmazások tömeggyártásának automatizálásával ugyanaz a technológia ezerszer megismételhető. A probléma az, hogy az egyes automatizálási módszerek alkatrésztípusonként, méretenként, anyagonként és folyamatonként eltérőek lehetnek. Például az automatizált fogkoronák utófeldolgozása nagyon eltér a rakétahajtómű-alkatrészek megmunkálásától, bár mindkettő fémből is készülhet.
Mivel az alkatrészeket az additív gyártásra (AM) optimalizálják, gyakran fejlettebb funkciókat és belső csatornákat adnak hozzá. A PBF esetében a fő cél a por 100%-ának eltávolítása. A Solukon automatikus poreltávolító rendszereket gyárt. A vállalat kifejlesztett egy Smart Powder Recovery (SRP) nevű technológiát, amely forgatja és rezgeti a tárgyasztalhoz még rögzített fém alkatrészeket. A forgatást és a rezgést az alkatrész CAD-modellje vezérli. Az alkatrészek precíz mozgatásával és rázásával a befogott por szinte folyadékként áramlik. Ez az automatizálás csökkenti a kézi munkát, és javíthatja a por eltávolításának megbízhatóságát és reprodukálhatóságát.
A kézi por eltávolításának problémái és korlátai korlátozhatják az additív gyártás (AM) tömegtermelésben való alkalmazásának életképességét, még kis mennyiségek esetén is. A Solukon fémpor eltávolító rendszerei inert atmoszférában működhetnek, és összegyűjthetik a fel nem használt port az AM gépekben való újrafelhasználáshoz. A Solukon ügyfél-felmérésen vett részt, és 2021 decemberében publikált egy tanulmányt, amely kimutatta, hogy a két legnagyobb aggodalomra okot adó tényező a munkahelyi egészségvédelem és az ismételhetőség.
A por manuális eltávolítása a PBF gyantaszerkezetekből időigényes lehet. Olyan cégek, mint a DyeMansion és a PostProcess Technologies, utófeldolgozó rendszereket építenek a por automatikus eltávolítására. Számos additív gyártási alkatrész betölthető egy olyan rendszerbe, amely megfordítja és kidobja a közeget a felesleges por eltávolítása érdekében. A HP-nek saját rendszere van, amely állítólag 20 perc alatt eltávolítja a port a Jet Fusion 5200 építőkamrájából. A rendszer a meg nem olvadt port külön tartályban tárolja újrafelhasználás vagy más alkalmazásokhoz való újrahasznosítás céljából.
A vállalatok akkor profitálhatnak az automatizálásból, ha az a legtöbb utófeldolgozási lépésre alkalmazható. A DyeMansion rendszereket kínál a por eltávolítására, a felület előkészítésére és a festésre. A PowerFuse S rendszer betölti az alkatrészeket, gőzöli a sima alkatrészeket, majd kiveszi azokat. A vállalat rozsdamentes acél állványt biztosít az alkatrészek felakasztásához, amit kézzel végeznek. A PowerFuse S rendszerrel a fröccsöntőformához hasonló felületet lehet létrehozni.
Az iparág előtt álló legnagyobb kihívás az automatizálás által kínált valódi lehetőségek megértése. Ha egymillió polimer alkatrészt kell előállítani, a hagyományos öntési vagy fröccsöntési eljárások lehetnek a legjobb megoldás, bár ez az alkatrésztől függ. Az additív gyártás (AM) gyakran elérhető az első gyártási sorozathoz a szerszámgyártás és -tesztelés során. Az automatizált utófeldolgozás révén több ezer alkatrész gyártható megbízhatóan és reprodukálhatóan az AM segítségével, de ez alkatrész-specifikus, és egyedi megoldást igényelhet.
Az additív gyártásnak (AM) semmi köze az iparhoz. Számos szervezet mutat be érdekes kutatási és fejlesztési eredményeket, amelyek a termékek és szolgáltatások megfelelő működéséhez vezethetnek. A repülőgépiparban a Relativity Space gyártja az egyik legnagyobb fém additív gyártórendszert saját fejlesztésű DED technológiával, amelyet a vállalat reményei szerint a rakétáinak többségének gyártásához fognak használni. Terran 1 rakétájuk 1250 kg hasznos teher szállítására képes alacsony Föld körüli pályára. A Relativity 2022 közepén tervezi egy tesztrakéta felbocsátását, és már tervezi egy nagyobb, újrafelhasználható rakéta, a Terran R indítását.
A Relativity Space Terran 1 és R rakétái innovatív módon újraértelmezik a jövő űrrepülését. Az additív gyártás tervezése és optimalizálása felkeltette az érdeklődést a fejlesztés iránt. A vállalat azt állítja, hogy ez a módszer 100-szorosára csökkenti az alkatrészek számát a hagyományos rakétákhoz képest. A vállalat azt is állítja, hogy 60 napon belül képes rakétákat előállítani nyersanyagokból. Ez egy nagyszerű példa arra, hogyan lehet sok alkatrészt egyetlen alkatrészbe egyesíteni, és jelentősen leegyszerűsíteni az ellátási láncot.
A fogászati ​​iparban az additív gyártást koronák, hidak, sebészeti fúrósablonok, részleges fogsorok és fogszabályozók gyártásához használják. Az Align Technology és a SmileDirectClub 3D nyomtatást használ az átlátszó műanyag fogszabályozók hőformázásához szükséges alkatrészek előállításához. Az Align Technology, az Invisalign márkájú termékek gyártója, a 3D Systems fürdőiben számos fotopolimerizációs rendszert használ. 2021-ben a vállalat közlése szerint több mint 10 millió beteget kezelt, mióta 1998-ban megkapta az FDA jóváhagyását. Ha egy tipikus beteg kezelése 10 fogszabályozóból áll, ami alacsony becslés, a vállalat 100 millió vagy több additív alkatrészt gyártott. Az FRP alkatrészeket nehéz újrahasznosítani, mivel hőre keményednek. A SmileDirectClub a HP Multi Jet Fusion (MJF) rendszert használja olyan hőre lágyuló alkatrészek előállítására, amelyek más alkalmazásokhoz is újrahasznosíthatók.
A VPP korábban nem volt képes vékony, átlátszó és szilárdsági tulajdonságokkal rendelkező alkatrészeket előállítani fogszabályozó készülékként való felhasználásra. 2021-ben a LuxCreo és a Graphy bemutatott egy lehetséges megoldást. Februártól a Graphy FDA-engedéllyel rendelkezik fogászati ​​készülékek közvetlen 3D nyomtatására. Ha közvetlenül nyomtatja ki őket, a teljes folyamat rövidebbnek, egyszerűbbnek és potenciálisan olcsóbbnak tekinthető.
Egy korai fejlesztés, amely nagy médiafigyelmet kapott, a 3D nyomtatás alkalmazása volt nagyméretű építési alkalmazásokban, például lakóházakban. A ház falait gyakran extrudálással nyomtatják. A ház összes többi részét hagyományos módszerekkel és anyagokkal készítették, beleértve a padlót, mennyezetet, tetőt, lépcsőket, ajtókat, ablakokat, készülékeket, szekrényeket és munkalapokat. A 3D nyomtatott falak növelhetik az áram, a világítás, a vízvezeték, a légcsatorna-rendszer, valamint a fűtés és a légkondicionáló szellőzőnyílásainak telepítési költségeit. A betonfal belső és külső befejezése nehezebb, mint a hagyományos faltervezéssel. Az otthon modernizálása 3D nyomtatott falakkal szintén fontos szempont.
Az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium kutatói azt vizsgálják, hogyan lehet energiát tárolni a 3D nyomtatott falakban. Az építés során a falba csöveket helyezve víz áramolhat át rajta fűtés és hűtés céljából. Ez a K+F projekt érdekes és innovatív, de még a fejlesztés korai szakaszában van. Ez a K+F projekt érdekes és innovatív, de még a fejlesztés korai szakaszában van.Ez a kutatási projekt érdekes és innovatív, de még a fejlesztés korai szakaszában van.Ez a kutatási projekt érdekes és innovatív, de még a fejlesztés korai szakaszában van.
Legtöbben még nem ismerjük az épületelemek vagy más nagyméretű tárgyak 3D nyomtatásának gazdaságosságát. A technológiát már alkalmazták hidak, napellenzők, parkpadok, valamint épületek és kültéri környezet díszítőelemeinek gyártására. Úgy vélik, hogy az additív gyártás kis léptékű (néhány centimétertől több méterig terjedő) előnyei a nagyméretű 3D nyomtatásra is vonatkoznak. Az additív gyártás fő előnyei közé tartozik az összetett formák és jellemzők létrehozása, az alkatrészek számának csökkentése, az anyag- és súlycsökkentés, valamint a termelékenység növelése. Ha az additív gyártás nem ad hozzá értéket, akkor a hasznosságát meg kell kérdőjelezni.
2021 októberében a Stratasys megszerezte a fennmaradó 55%-os részesedést a Xaar 3D-ben, a brit ipari tintasugaras nyomtatógyártó Xaar leányvállalatában. A Stratasys polimer PBF technológiája, az úgynevezett Selective Absorbion Fusion, a Xaar tintasugaras nyomtatófejeken alapul. A Stratasys H350 gép a HP MJF rendszerrel versenyez.
A Desktop Metal felvásárlása lenyűgöző volt. 2021 februárjában a vállalat felvásárolta az Envisiontecet, az ipari additív gyártórendszerek régóta gyártóját. 2021 májusában a vállalat felvásárolta az Adaptive3D-t, a rugalmas VPP polimerek fejlesztőjét. 2021 júliusában a Desktop Metal felvásárolta az Aerosintet, a több anyagú porbevonat-újrafestési eljárások fejlesztőjét. A legnagyobb felvásárlás augusztusban történt, amikor a Desktop Metal 575 millió dollárért megvásárolta a versenytársát, az ExOne-t.
Az ExOne Desktop Metal általi felvásárlása két neves fém BJT rendszerek gyártóját hozta össze. Általánosságban elmondható, hogy a technológia még nem érte el azt a szintet, amit sokan hisznek. A vállalatok továbbra is olyan kérdésekkel foglalkoznak, mint az ismételhetőség, a megbízhatóság és a problémák kiváltó okának megértése, amint azok felmerülnek. Ennek ellenére, ha a problémákat megoldják, még mindig van lehetőség arra, hogy a technológia elérje a nagyobb piacokat. 2021 júliusában a 3DEO, egy saját fejlesztésű 3D nyomtatási rendszert használó szolgáltató bejelentette, hogy az egymilliomodik darabot leszállította az ügyfeleknek.
A szoftver- és felhőplatform-fejlesztők jelentős növekedést tapasztaltak az additív gyártási iparágban. Ez különösen igaz a teljesítménymenedzsment rendszerekre (MES), amelyek nyomon követik az additív gyártási értékláncot. A 3D Systems 2021 szeptemberében 180 millió dollárért megállapodott az Oqton felvásárlásában. A 2017-ben alapított Oqton felhőalapú megoldásokat kínál a munkafolyamatok javítására és az additív gyártás hatékonyságának növelésére. A Materialize 2021 novemberében 33,5 millió dollárért felvásárolta a Link3D-t. Az Oqtonhoz hasonlóan a Link3D felhőplatformja is nyomon követi a munkát és leegyszerűsíti az additív gyártási munkafolyamatot.
Az ASTM International egyik legújabb 2021-es felvásárlása a Wohlers Associates felvásárlása volt. Együttesen azon dolgoznak, hogy a Wohlers márkanevet kihasználva támogassák az additív gyártás (AM) szélesebb körű elterjedését világszerte. Az ASTM AM Kiválósági Központján keresztül a Wohlers Associates továbbra is Wohlers-jelentéseket és egyéb kiadványokat készít, valamint tanácsadási szolgáltatásokat, piacelemzést és képzést nyújt.
Az additív gyártási iparág kiforrott, és számos iparág széles körben alkalmazza a technológiát. A 3D nyomtatás azonban nem fogja felváltani a legtöbb más gyártási formát. Ehelyett új típusú termékek és üzleti modellek létrehozására használják. A szervezetek az additív gyártást (AM) használják az alkatrészek súlyának csökkentésére, a gyártási idők és a szerszámköltségek csökkentésére, valamint a termékek személyre szabásának és teljesítményének javítására. Az additív gyártási iparág várhatóan folytatja növekedési pályáját új vállalatok, termékek, szolgáltatások, alkalmazások és felhasználási esetek megjelenésével, gyakran szédületes sebességgel.