Az additív gyártás, más néven 3D nyomtatás, kereskedelmi felhasználása óta közel 35 éve folyamatosan fejlődik.A repülőgépipar, az autóipar, a védelem, az energia, a közlekedés, az orvosi, a fogorvosi és a fogyasztói ipar számos alkalmazási területhez alkalmazza az adalékanyag-gyártást.
Az ilyen széles körű elterjedtség mellett egyértelmű, hogy az additív gyártás nem egy mindenki számára megfelelő megoldás.Az ISO/ASTM 52900 terminológiai szabvány szerint szinte minden kereskedelmi adalékanyag-gyártási rendszer a hét folyamatkategória valamelyikébe tartozik.Ide tartozik az anyagextrudálás (MEX), a fürdős fotopolimerizáció (VPP), a porágyas fúzió (PBF), a kötőanyag-permetezés (BJT), az anyagpermetezés (MJT), az irányított energiás leválasztás (DED) és a lemezlaminálás (SHL).Itt népszerűség szerint vannak rendezve az eladások alapján.
Egyre több iparági szakember, köztük mérnökök és menedzserek tanulnak arról, hogy az additív gyártás mikor segíthet egy termék vagy folyamat javításában, és mikor nem.Történelmileg az additív gyártás bevezetésére irányuló fő kezdeményezések a technológiában tapasztalt mérnököktől származnak.A vezetőség több példát lát arra, hogy az additív gyártás hogyan javíthatja a termelékenységet, csökkentheti az átfutási időt és új üzleti lehetőségeket teremthet.Az AM nem váltja fel a legtöbb hagyományos gyártási formát, hanem a vállalkozó termékfejlesztési és gyártási képességeinek arzenáljának részévé válik.
Az additív gyártás széles körben alkalmazható, a mikrofluidikától a nagyszabású építésig.Az AM előnyei iparágonként, alkalmazásonként és teljesítményenként változnak.A szervezeteknek jó okokkal kell rendelkezniük az AM bevezetésére, a felhasználási esettől függetlenül.A legelterjedtebb a koncepcionális modellezés, a tervezés ellenőrzése, valamint az alkalmasság és funkcionalitás ellenőrzése.Egyre több cég használja fel a tömeggyártáshoz szükséges eszközök és alkalmazások létrehozására, beleértve az egyedi termékfejlesztést is.
Repülési alkalmazásoknál a súly fontos tényező.A NASA Marshall Űrrepülési Központja szerint körülbelül 10 000 dollárba kerül egy 0,45 kg-os rakomány Föld körüli pályára állítása.A műholdak súlyának csökkentésével megtakaríthatók az indítási költségek.A mellékelt képen egy Swissto12 fém AM alkatrész látható, amely több hullámvezetőt egyesít egy részbe.AM-nél a súly 0,08 kg alá csökken.
Az additív gyártást a teljes értékláncban alkalmazzák az energiaiparban.Egyes vállalatok számára az AM használatának üzleti célja a projektek gyors iterálása a lehető legjobb termék létrehozása érdekében a lehető legrövidebb idő alatt.Az olaj- és gáziparban a sérült alkatrészek vagy szerelvények több ezer dollárba vagy még többe kerülhetnek óránkénti termelékenységvesztés miatt.Az AM használata a műveletek visszaállítására különösen vonzó lehet.
A DED rendszerek egyik nagy gyártója, az MX3D kiadott egy csőjavító eszköz prototípusát.A cég szerint egy sérült csővezeték napi 100 000 és 1 000 000 euró (113 157-1 131 570 dollár) közé kerülhet.A következő oldalon látható szerelvény egy CNC alkatrészt használ keretként, és DED-t használ a cső kerületének hegesztéséhez.Az AM magas leválasztási sebességet biztosít minimális hulladékkal, míg a CNC biztosítja a szükséges pontosságot.
2021-ben egy 3D-s nyomtatott vízburkolatot szereltek fel a TotalEnergies olajfúrótornyára az Északi-tengeren.A vízköpenyek kritikus elemei a szénhidrogén-visszanyerés szabályozásának az épülő kutakban.Ebben az esetben az additív gyártás előnyei a lecsökkent átfutási idők és 45%-kal csökkentik a károsanyag-kibocsátást a hagyományos kovácsolt vízköpenyekhez képest.
Az additív gyártás másik üzleti célja a drága szerszámok csökkentése.A Phone Scope digiscoping adaptereket fejlesztett ki azokhoz az eszközökhöz, amelyek a telefon kameráját távcsőhöz vagy mikroszkóphoz csatlakoztatják.Minden évben új telefonokat adnak ki, ezért a vállalatoknak új adaptersort kell kiadniuk.Az AM használatával a vállalat pénzt takaríthat meg a drága eszközökön, amelyeket új telefonok megjelenésekor ki kell cserélni.
Mint minden folyamat vagy technológia esetében, az additív gyártást nem szabad alkalmazni, mivel újnak vagy eltérőnek minősül.Ennek célja a termékfejlesztési és/vagy gyártási folyamatok javítása.Értéket kell hozzáadnia.Más üzleti esetek például az egyedi termékek és a tömeges testreszabás, az összetett funkcionalitás, az integrált alkatrészek, a kevesebb anyag és súly, valamint a jobb teljesítmény.
Ahhoz, hogy az AM kihasználhassa növekedési potenciálját, kihívásokkal kell foglalkozni.A legtöbb gyártási alkalmazás esetében a folyamatnak megbízhatónak és reprodukálhatónak kell lennie.Az alkatrészek és támasztékok anyageltávolításának és utófeldolgozásának ezt követő automatizálási módszerei segítenek.Az automatizálás emellett növeli a termelékenységet és csökkenti az alkatrészenkénti költséget.
Az egyik legnagyobb érdeklődésre számot tartó terület az utófeldolgozási automatizálás, mint például a poreltávolítás és a kikészítés.Az alkalmazások tömeggyártásának folyamatának automatizálásával ugyanaz a technológia ezerszer megismételhető.A probléma az, hogy az egyes automatizálási módszerek alkatrésztípusonként, méretenként, anyagonként és folyamatonként változhatnak.Például az automatizált fogkoronák utófeldolgozása nagyban különbözik a rakétamotor-alkatrészek feldolgozásától, bár mindkettő készülhet fémből.
Mivel az alkatrészek AM-hez vannak optimalizálva, gyakran adnak hozzá fejlettebb funkciókat és belső csatornákat.A PBF esetében a fő cél a por 100%-ának eltávolítása.A Solukon automatikus poreltávolító rendszereket gyárt.A cég kifejlesztett egy Smart Powder Recovery (SRP) nevű technológiát, amely forgatja és vibrálja a fémrészeket, amelyek még mindig az építőlemezhez vannak rögzítve.A forgást és a rezgést az alkatrész CAD modellje szabályozza.Az alkatrészek precíz mozgatásával és rázásával a felfogott por szinte folyadékként folyik.Ez az automatizálás csökkenti a kézi munkát, és javíthatja a poreltávolítás megbízhatóságát és reprodukálhatóságát.
A kézi poreltávolítás problémái és korlátai korlátozhatják az AM tömeggyártásban való felhasználását, még kis mennyiségben is.A Solukon fémpor-eltávolító rendszerek inert atmoszférában is működhetnek, és összegyűjtik a fel nem használt port, hogy újra felhasználják az AM gépekben.A Solukon vásárlói felmérést végzett, és 2021 decemberében publikált egy tanulmányt, amely kimutatta, hogy a két legnagyobb probléma a foglalkozási egészség és a reprodukálhatóság.
A por kézi eltávolítása a PBF gyanta szerkezetekről időigényes lehet.Az olyan cégek, mint a DyeMansion és a PostProcess Technologies, utófeldolgozó rendszereket építenek a por automatikus eltávolítására.Sok adalékos gyártási alkatrész betölthető egy olyan rendszerbe, amely megfordítja és kiadja a közeget a felesleges por eltávolítására.A HP saját rendszerrel rendelkezik, amely állítólag 20 perc alatt eltávolítja a port a Jet Fusion 5200 építőkamrájából.A rendszer a fel nem olvadt port külön tartályban tárolja újrafelhasználáshoz vagy más alkalmazásokhoz való újrahasznosításhoz.
A vállalatok akkor profitálhatnak az automatizálásból, ha az az utófeldolgozási lépések többségére alkalmazható.A DyeMansion rendszereket kínál poreltávolításhoz, felület-előkészítéshez és festéshez.A PowerFuse S rendszer betölti az alkatrészeket, párolja a sima részeket és kirakja azokat.A cég rozsdamentes acél állványt biztosít az alkatrészek felakasztására, amelyet kézzel készítenek.A PowerFuse S rendszer fröccsöntőformához hasonló felületet tud előállítani.
Az iparág előtt álló legnagyobb kihívás az automatizálás által kínált valós lehetőségek megértése.Ha millió polimer alkatrészt kell készíteni, akkor a hagyományos öntési vagy öntési eljárások jelenthetik a legjobb megoldást, bár ez alkatrésztől függ.Az AM gyakran elérhető az első gyártási futtatáshoz a szerszámgyártás és -tesztelés során.Az automatizált utófeldolgozás révén több ezer alkatrész gyártható megbízhatóan és reprodukálhatóan AM segítségével, de ez alkatrész-specifikus, és egyedi megoldást igényelhet.
Az AM-nek semmi köze az iparhoz.Számos szervezet olyan érdekes kutatási és fejlesztési eredményeket mutat be, amelyek a termékek és szolgáltatások megfelelő működéséhez vezethetnek.A repülőgépiparban a Relativity Space az egyik legnagyobb fémadalék gyártási rendszert állítja elő szabadalmazott DED technológiával, amelyet a cég reményei szerint rakétái többségének gyártásához is felhasználnak majd.Terran 1 rakétája 1250 kg hasznos terhet képes eljuttatni alacsony földi pályára.A Relativity azt tervezi, hogy 2022 közepén egy próbarakétát indít, és már tervez egy nagyobb, újrafelhasználható, Terran R nevű rakétát.
A Relativity Space Terran 1 és R rakétái innovatív módot kínálnak arra, hogy újragondoljuk, hogyan nézhet ki a jövő űrrepülése.Az additív gyártás tervezése és optimalizálása felkeltette az érdeklődést a fejlesztés iránt.A cég azt állítja, hogy ez a módszer a hagyományos rakétákhoz képest 100-szorosára csökkenti az alkatrészek számát.A cég azt is állítja, hogy nyersanyagokból 60 napon belül rakétákat tud gyártani.Ez egy nagyszerű példa arra, hogy sok alkatrészt egyesítenek egybe, és jelentősen leegyszerűsítik az ellátási láncot.
A fogászati ​​iparban az additív gyártást koronák, hidak, sebészeti fúrósablonok, részleges fogsorok és illesztők készítésére használják.Az Align Technology és a SmileDirectClub 3D nyomtatást használ az átlátszó műanyag igazítók hőformázásához szükséges alkatrészek előállításához.Az Align Technology, az Invisalign márkájú termékek gyártója, számos fotopolimerizációs rendszert használ a 3D Systems fürdőiben.2021-ben a vállalat azt közölte, hogy több mint 10 millió beteget kezelt, mióta 1998-ban megkapta az FDA jóváhagyását. Ha egy tipikus beteg kezelése 10 simítóból áll, ami alacsony becslés, akkor a vállalat 100 millió vagy több AM alkatrészt gyártott.Az FRP alkatrészeket nehéz újrahasznosítani, mert hőre keményednek.A SmileDirectClub a HP Multi Jet Fusion (MJF) rendszert használja hőre lágyuló műanyag alkatrészek előállítására, amelyek más alkalmazásokhoz újrahasznosíthatók.
Történelmileg a VPP nem tudott vékony, átlátszó, szilárdsági tulajdonságokkal rendelkező alkatrészeket előállítani fogszabályozó készülékként való használatra.2021-ben a LuxCreo és a Graphy kiadott egy lehetséges megoldást.Februártól a Graphy rendelkezik az FDA jóváhagyásával a fogászati ​​készülékek közvetlen 3D nyomtatására.Ha közvetlenül nyomtatja ki őket, a teljes folyamat rövidebbnek, könnyebbnek és potenciálisan olcsóbbnak tekinthető.
Egy korai fejlesztés, amely nagy médiafigyelmet kapott, az volt, hogy a 3D nyomtatást nagyszabású építési alkalmazásokhoz, például lakásépítéshez alkalmazták.A ház falait gyakran extrudálással nyomtatják.A ház összes többi része hagyományos módszerekkel és anyagokkal készült, beleértve a padlót, a mennyezetet, a tetőket, a lépcsőket, az ajtókat, az ablakokat, a készülékeket, a szekrényeket és a munkalapokat.A 3D-s nyomtatott falak megnövelhetik az elektromos áram, a világítás, a vízvezetékek, a légcsatornák, valamint a fűtési és légkondicionálási szellőzők telepítésének költségeit.A betonfal külső és belső felületének befejezése nehezebb, mint a hagyományos faltervezésnél.Az otthon modernizálása 3D nyomtatott falakkal szintén fontos szempont.
Az Oak Ridge National Laboratory kutatói azt vizsgálják, hogyan lehet energiát tárolni a 3D nyomtatott falakban.Az építkezés során a falba csövek beillesztésével víz áramolhat át rajta fűtésre és hűtésre. 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.
A legtöbben még nem ismerik az épületalkatrészek vagy más nagy tárgyak 3D nyomtatásának gazdaságosságát.A technológiával néhány hidat, napellenzőt, padokat, valamint épületek és kültéri díszítőelemeket készítettek.Úgy gondolják, hogy a kis léptékben (néhány centimétertől több méterig terjedő) additív gyártás előnyei a nagy léptékű 3D nyomtatásban is érvényesülnek.Az additív gyártás használatának fő előnyei közé tartozik az összetett formák és jellemzők létrehozása, az alkatrészek számának csökkentése, az anyag- és súlycsökkentés, valamint a termelékenység növelése.Ha az AM nem ad hozzáadott értéket, akkor a hasznosságát meg kell kérdőjelezni.
2021 októberében a Stratasys megszerezte a fennmaradó 55%-os részesedést a Xaar 3D-ben, amely a brit ipari tintasugaras nyomtatókat gyártó Xaar leányvállalata.A Stratasys polimer PBF technológiája, az úgynevezett Selective Absorbion Fusion Xaar tintasugaras nyomtatófejeken alapul.A Stratasys H350 gép felveszi a versenyt a HP MJF rendszerrel.
Lenyűgöző volt a Desktop Metal vásárlása.2021 februárjában a cég felvásárolta az Envisiontecet, az ipari adalékanyag-gyártó rendszerek régóta gyártóját.2021 májusában a vállalat megvásárolta az Adaptive3D-t, a rugalmas VPP polimerek fejlesztőjét.2021 júliusában a Desktop Metal felvásárolta az Aerosint, a többanyagú porbevonat újrafestési folyamatainak fejlesztőjét.A legnagyobb akvizíció augusztusban történt, amikor a Desktop Metal 575 millió dollárért megvásárolta a versenytárs ExOne-t.
Az ExOne Desktop Metal általi felvásárlása a fém BJT rendszerek két neves gyártóját egyesíti.Általánosságban elmondható, hogy a technológia még nem érte el azt a szintet, amelyet sokan hisznek.A vállalatok továbbra is foglalkoznak olyan kérdésekkel, mint az ismételhetőség, a megbízhatóság és a felmerülő problémák kiváltó okainak megértése.Ennek ellenére, ha a problémák megoldódnak, még mindig van hely a technológiának a nagyobb piacok elérésére.2021 júliusában a 3DEO, egy szabadalmaztatott 3D nyomtatási rendszert használó szolgáltató azt mondta, hogy az egymilliomodik darabot szállította le az ügyfeleknek.
A szoftver- és felhőplatform-fejlesztők jelentős növekedést tapasztaltak az additív feldolgozóiparban.Ez különösen igaz az AM értékláncot nyomon követő teljesítménymenedzsment-rendszerekre (MES).A 3D Systems 2021 szeptemberében megállapodott az Oqton felvásárlásáról 180 millió dollárért.A 2017-ben alapított Oqton felhőalapú megoldásokat kínál a munkafolyamat javítására és az AM hatékonyságának javítására.A Materialize 2021 novemberében vásárolta meg a Link3D-t 33,5 millió dollárért.Az Oqtonhoz hasonlóan a Link3D felhőalapú platformja is működik, és leegyszerűsíti az AM-munkafolyamatot.
Az egyik legutóbbi akvizíció 2021-ben a Wohlers Associates ASTM International általi felvásárlása.Együtt azon dolgoznak, hogy a Wohlers márkát kihasználják, hogy támogassák az AM szélesebb körű elterjedését világszerte.Az ASTM AM Kiválósági Központon keresztül a Wohlers Associates továbbra is Wohlers-jelentéseket és egyéb kiadványokat készít, valamint tanácsadói szolgáltatásokat, piacelemzést és képzést nyújt.
Az adalékanyag-gyártó ipar kiforrott, és sok iparág sokféle alkalmazásra használja a technológiát.De a 3D nyomtatás nem fogja felváltani a legtöbb más gyártási formát.Ehelyett új típusú termékek és üzleti modellek létrehozására használják.A szervezetek az AM-t használják az alkatrészek súlyának csökkentésére, az átfutási idők és a szerszámköltségek csökkentésére, valamint a termékek személyre szabásának és teljesítményének javítására.Az adalékanyag-feldolgozó ipar várhatóan folytatja növekedési pályáját új vállalatok, termékek, szolgáltatások, alkalmazások és felhasználási esetek megjelenésével, gyakran nyaktörő sebességgel.