La produzione additiva, nota anche come stampa 3D, ha continuato ad evolversi per quasi 35 anni dal suo utilizzo commerciale.I settori aerospaziale, automobilistico, della difesa, dell'energia, dei trasporti, medico, dentale e dei beni di consumo utilizzano la produzione additiva per un'ampia gamma di applicazioni.
Con un'adozione così diffusa, è chiaro che la produzione additiva non è una soluzione valida per tutti.Secondo lo standard terminologico ISO/ASTM 52900, quasi tutti i sistemi commerciali di produzione additiva rientrano in una delle sette categorie di processo.Questi includono l'estrusione di materiali (MEX), la fotopolimerizzazione a bagno (VPP), la fusione a letto di polvere (PBF), la spruzzatura di leganti (BJT), la spruzzatura di materiali (MJT), la deposizione di energia diretta (DED) e la laminazione di fogli (SHL).Qui sono ordinati per popolarità in base alle vendite unitarie.
Un numero crescente di professionisti del settore, inclusi ingegneri e manager, sta imparando quando la produzione additiva può aiutare a migliorare un prodotto o un processo e quando invece no.Storicamente, le principali iniziative per implementare la produzione additiva sono venute da ingegneri esperti della tecnologia.La direzione vede altri esempi di come la produzione additiva può migliorare la produttività, ridurre i tempi di consegna e creare nuove opportunità di business.L'AM non sostituirà la maggior parte delle forme tradizionali di produzione, ma entrerà a far parte dell'arsenale di sviluppo del prodotto e capacità di produzione dell'imprenditore.
La produzione additiva ha una vasta gamma di applicazioni, dalla microfluidica alla costruzione su larga scala.I vantaggi dell'AM variano in base al settore, all'applicazione e alle prestazioni richieste.Le organizzazioni devono avere buone ragioni per implementare AM, indipendentemente dal caso d'uso.I più comuni sono la modellazione concettuale, la verifica del progetto e la verifica dell'idoneità e della funzionalità.Sempre più aziende lo utilizzano per creare strumenti e applicazioni per la produzione di massa, incluso lo sviluppo di prodotti personalizzati.
Per le applicazioni aerospaziali, il peso è un fattore importante.Costa circa $ 10.000 mettere un carico utile di 0,45 kg nell'orbita terrestre, secondo il Marshall Space Flight Center della NASA.Ridurre il peso dei satelliti può far risparmiare sui costi di lancio.L'immagine allegata mostra una parte AM in metallo Swissto12 che combina diverse guide d'onda in una parte.Con AM, il peso si riduce a meno di 0,08 kg.
La produzione additiva viene utilizzata lungo tutta la catena del valore nel settore energetico.Per alcune aziende, il business case per l'utilizzo di AM è iterare rapidamente i progetti per creare il miglior prodotto possibile nel minor tempo possibile.Nell'industria petrolifera e del gas, parti o assiemi danneggiati possono costare migliaia di dollari o più in perdita di produttività all'ora.L'utilizzo di AM per ripristinare le operazioni può essere particolarmente interessante.
Uno dei principali produttori di sistemi DED MX3D ha rilasciato un prototipo di strumento per la riparazione dei tubi.Un oleodotto danneggiato può costare tra € 100.000 e € 1.000.000 ($ 113.157- $ 1.131.570) al giorno, secondo la società.L'attrezzatura mostrata nella pagina successiva utilizza una parte CNC come telaio e utilizza DED per saldare la circonferenza del tubo.L'AM fornisce velocità di deposizione elevate con scarti minimi, mentre il CNC fornisce la precisione richiesta.
Nel 2021, un involucro d'acqua stampato in 3D è stato installato su una piattaforma petrolifera TotalEnergies nel Mare del Nord.Le camicie d'acqua sono un elemento critico utilizzato per controllare il recupero di idrocarburi nei pozzi in costruzione.In questo caso, i vantaggi dell'utilizzo della produzione additiva sono tempi di consegna ridotti e emissioni ridotte del 45% rispetto alle tradizionali camicie d'acqua forgiate.
Un altro business case per la produzione additiva è la riduzione di costose attrezzature.Phone Scope ha sviluppato adattatori per digiscoping per dispositivi che collegano la fotocamera del telefono a un telescopio o microscopio.Ogni anno vengono rilasciati nuovi telefoni, che richiedono alle aziende di rilasciare una nuova linea di adattatori.Utilizzando AM, un'azienda può risparmiare denaro su strumenti costosi che devono essere sostituiti quando vengono rilasciati nuovi telefoni.
Come con qualsiasi processo o tecnologia, la produzione additiva non dovrebbe essere utilizzata in quanto considerata nuova o diversa.Questo per migliorare lo sviluppo del prodotto e/o i processi di produzione.Dovrebbe aggiungere valore.Esempi di altri casi aziendali includono prodotti personalizzati e personalizzazione di massa, funzionalità complesse, parti integrate, meno materiale e peso e prestazioni migliorate.
Affinché AM realizzi il suo potenziale di crescita, è necessario affrontare le sfide.Per la maggior parte delle applicazioni di produzione, il processo deve essere affidabile e riproducibile.I successivi metodi di automatizzazione della rimozione del materiale di parti e supporti e la post-elaborazione aiuteranno.L'automazione aumenta anche la produttività e riduce il costo per pezzo.
Una delle aree di maggiore interesse è l'automazione post-processing come la rimozione della polvere e la finitura.Automatizzando il processo di produzione di massa delle applicazioni, la stessa tecnologia può essere ripetuta migliaia di volte.Il problema è che i metodi di automazione specifici possono variare in base al tipo di parte, alle dimensioni, al materiale e al processo.Ad esempio, la post-elaborazione di corone dentali automatizzate è molto diversa dalla lavorazione di parti di motori a razzo, sebbene entrambe possano essere realizzate in metallo.
Poiché le parti sono ottimizzate per AM, vengono spesso aggiunte funzionalità e canali interni più avanzati.Per PBF, l'obiettivo principale è rimuovere il 100% della polvere.Solukon produce sistemi automatici di rimozione della polvere.L'azienda ha sviluppato una tecnologia chiamata Smart Powder Recovery (SRP) che ruota e fa vibrare le parti metalliche che sono ancora attaccate alla piastra di costruzione.La rotazione e la vibrazione sono controllate dal modello CAD del pezzo.Muovendo e scuotendo con precisione le parti, la polvere catturata scorre quasi come un liquido.Questa automazione riduce il lavoro manuale e può migliorare l'affidabilità e la riproducibilità della rimozione della polvere.
I problemi e le limitazioni della rimozione manuale della polvere possono limitare la fattibilità dell'utilizzo di AM per la produzione di massa, anche in piccole quantità.I sistemi di rimozione della polvere metallica Solukon possono funzionare in un'atmosfera inerte e raccogliere la polvere inutilizzata per il riutilizzo nelle macchine AM.Solukon ha condotto un sondaggio tra i clienti e ha pubblicato uno studio nel dicembre 2021 che mostra che le due maggiori preoccupazioni sono la salute sul lavoro e la riproducibilità.
La rimozione manuale della polvere dalle strutture in resina PBF può richiedere molto tempo.Aziende come DyeMansion e PostProcess Technologies stanno costruendo sistemi di post-elaborazione per rimuovere automaticamente la polvere.Molte parti di produzione additiva possono essere caricate in un sistema che inverte ed espelle il mezzo per rimuovere la polvere in eccesso.HP ha un proprio sistema che si dice rimuova la polvere dalla camera di costruzione del Jet Fusion 5200 in 20 minuti.Il sistema immagazzina la polvere non fusa in un contenitore separato per il riutilizzo o il riciclaggio per altre applicazioni.
Le aziende possono trarre vantaggio dall'automazione se può essere applicata alla maggior parte delle fasi di post-elaborazione.DyeMansion offre sistemi per la rimozione della polvere, la preparazione della superficie e la verniciatura.Il sistema PowerFuse S carica le parti, vaporizza le parti lisce e le scarica.L'azienda fornisce un rack in acciaio inossidabile per appendere le parti, che viene fatto a mano.Il sistema PowerFuse S può produrre una superficie simile a uno stampo a iniezione.
La più grande sfida che il settore deve affrontare è comprendere le reali opportunità che l'automazione ha da offrire.Se è necessario realizzare un milione di parti in polimero, i tradizionali processi di fusione o stampaggio possono essere la soluzione migliore, sebbene ciò dipenda dalla parte.AM è spesso disponibile per il primo ciclo di produzione nella produzione e nel collaudo degli utensili.Attraverso la post-elaborazione automatizzata, migliaia di parti possono essere prodotte in modo affidabile e riproducibile utilizzando AM, ma è specifica della parte e potrebbe richiedere una soluzione personalizzata.
AM non ha nulla a che fare con l'industria.Molte organizzazioni presentano interessanti risultati di ricerca e sviluppo che possono portare al corretto funzionamento di prodotti e servizi.Nell'industria aerospaziale, Relativity Space produce uno dei più grandi sistemi di produzione additiva in metallo utilizzando la tecnologia proprietaria DED, che l'azienda spera venga utilizzata per fabbricare la maggior parte dei suoi razzi.Il suo razzo Terran 1 può trasportare un carico utile di 1.250 kg nell'orbita terrestre bassa.Relativity prevede di lanciare un razzo di prova a metà del 2022 e sta già pianificando un razzo più grande e riutilizzabile chiamato Terran R.
I razzi Terran 1 e R di Relativity Space sono un modo innovativo per reinventare come potrebbero essere i futuri voli spaziali.La progettazione e l'ottimizzazione per la produzione additiva hanno suscitato interesse per questo sviluppo.L'azienda afferma che questo metodo riduce il numero di parti di 100 volte rispetto ai razzi tradizionali.La società afferma inoltre di poter produrre razzi da materie prime entro 60 giorni.Questo è un ottimo esempio di come combinare molte parti in una e semplificare notevolmente la catena di approvvigionamento.
Nel settore dentale, la produzione additiva viene utilizzata per realizzare corone, ponti, mascherine chirurgiche di foratura, protesi parziali e allineatori.Align Technology e SmileDirectClub utilizzano la stampa 3D per produrre parti per la termoformatura di allineatori in plastica trasparente.Align Technology, produttore di prodotti a marchio Invisalign, utilizza molti dei sistemi di fotopolimerizzazione nei bagni 3D Systems.Nel 2021, l'azienda ha dichiarato di aver trattato oltre 10 milioni di pazienti da quando ha ricevuto l'approvazione della FDA nel 1998. Se il trattamento di un paziente tipico consiste in 10 allineatori, che è una stima bassa, l'azienda ha prodotto 100 milioni o più parti AM.Le parti in FRP sono difficili da riciclare perché sono termoindurenti.SmileDirectClub utilizza il sistema HP Multi Jet Fusion (MJF) per produrre parti termoplastiche che possono essere riciclate per altre applicazioni.
Storicamente, VPP non è stata in grado di produrre parti sottili e trasparenti con proprietà di resistenza da utilizzare come apparecchi ortodontici.Nel 2021, LuxCreo e Graphy hanno rilasciato una possibile soluzione.A partire da febbraio, Graphy ha ottenuto l'approvazione della FDA per la stampa 3D diretta di apparecchi dentali.Se li stampi direttamente, il processo end-to-end è considerato più breve, più semplice e potenzialmente meno costoso.
Uno sviluppo iniziale che ha ricevuto molta attenzione da parte dei media è stato l'uso della stampa 3D per applicazioni di costruzione su larga scala come l'edilizia abitativa.Spesso le pareti della casa sono stampate per estrusione.Tutte le altre parti della casa sono state realizzate utilizzando metodi e materiali tradizionali, inclusi pavimenti, soffitti, tetti, scale, porte, finestre, elettrodomestici, armadi e controsoffitti.Le pareti stampate in 3D possono aumentare i costi di installazione di elettricità, illuminazione, impianti idraulici, condutture e prese d'aria per il riscaldamento e l'aria condizionata.Rifinire l'interno e l'esterno di un muro di cemento è più difficile che con un design tradizionale del muro.Anche la modernizzazione di una casa con pareti stampate in 3D è una considerazione importante.
I ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory stanno studiando come immagazzinare energia nelle pareti stampate in 3D.Inserendo tubi nel muro durante la costruzione, l'acqua può fluire attraverso di esso per il riscaldamento e il raffreddamento. Questo progetto di ricerca e sviluppo è interessante e innovativo, ma è ancora in una fase iniziale di sviluppo. Questo progetto di ricerca e sviluppo è interessante e innovativo, ma è ancora in una fase iniziale di sviluppo.Questo progetto di ricerca è interessante e innovativo, ma è ancora nelle prime fasi di sviluppo.Questo progetto di ricerca è interessante e innovativo, ma ancora nelle prime fasi di sviluppo.
La maggior parte di noi non ha ancora familiarità con l'economia della stampa 3D di parti di edifici o altri oggetti di grandi dimensioni.La tecnologia è stata utilizzata per produrre alcuni ponti, tende da sole, panchine ed elementi decorativi per gli edifici e l'ambiente esterno.Si ritiene che i vantaggi della produzione additiva su piccola scala (da pochi centimetri a diversi metri) si applichino alla stampa 3D su larga scala.I principali vantaggi dell'utilizzo della produzione additiva includono la creazione di forme e caratteristiche complesse, la riduzione del numero di parti, la riduzione del materiale e del peso e l'aumento della produttività.Se AM non aggiunge valore, la sua utilità dovrebbe essere messa in discussione.
Nell'ottobre 2021, Stratasys ha acquisito la restante quota del 55% in Xaar 3D, una consociata del produttore britannico di stampanti a getto d'inchiostro industriali Xaar.La tecnologia PBF polimerica di Stratasys, chiamata Selective Absorbion Fusion, si basa sulle testine di stampa a getto d'inchiostro Xaar.La macchina Stratasys H350 compete con il sistema HP MJF.
L'acquisto di Desktop Metal è stato impressionante.Nel febbraio 2021, la società ha acquisito Envisiontec, un produttore di lunga data di sistemi di produzione additiva industriale.Nel maggio 2021, la società ha acquisito Adaptive3D, uno sviluppatore di polimeri VPP flessibili.Nel luglio 2021, Desktop Metal ha acquisito Aerosint, uno sviluppatore di processi di rivestimento in polvere multimateriale.La più grande acquisizione è avvenuta ad agosto, quando Desktop Metal ha acquistato il concorrente ExOne per 575 milioni di dollari.
L'acquisizione di ExOne da parte di Desktop Metal riunisce due rinomati produttori di sistemi BJT in metallo.In generale, la tecnologia non ha ancora raggiunto il livello che molti credono.Le aziende continuano ad affrontare problemi come la ripetibilità, l'affidabilità e la comprensione della causa principale dei problemi man mano che si presentano.Anche così, se i problemi vengono risolti, c'è ancora spazio per la tecnologia per raggiungere mercati più ampi.Nel luglio 2021, 3DEO, un fornitore di servizi che utilizza un sistema di stampa 3D proprietario, ha dichiarato di aver spedito un milionesimo ai clienti.
Gli sviluppatori di piattaforme software e cloud hanno visto una crescita significativa nel settore della produzione additiva.Ciò è particolarmente vero per i sistemi di gestione delle prestazioni (MES) che tracciano la catena del valore AM.3D Systems ha accettato di acquisire Oqton nel settembre 2021 per 180 milioni di dollari.Fondata nel 2017, Oqton fornisce soluzioni basate su cloud per migliorare il flusso di lavoro e migliorare l'efficienza AM.Materialise ha acquisito Link3D nel novembre 2021 per 33,5 milioni di dollari.Come Oqton, la piattaforma cloud di Link3D tiene traccia del lavoro e semplifica il flusso di lavoro AM.
Una delle ultime acquisizioni nel 2021 è l'acquisizione di Wohlers Associates da parte di ASTM International.Insieme stanno lavorando per sfruttare il marchio Wohlers per supportare l'adozione più ampia di AM in tutto il mondo.Attraverso il Centro di eccellenza ASTM AM, Wohlers Associates continuerà a produrre rapporti Wohlers e altre pubblicazioni, oltre a fornire servizi di consulenza, analisi di mercato e formazione.
L'industria della produzione additiva è maturata e molte industrie utilizzano la tecnologia per un'ampia gamma di applicazioni.Ma la stampa 3D non sostituirà la maggior parte delle altre forme di produzione.Invece, viene utilizzato per creare nuovi tipi di prodotti e modelli di business.Le organizzazioni utilizzano l'AM per ridurre il peso delle parti, ridurre i tempi di consegna e i costi degli strumenti e migliorare la personalizzazione e le prestazioni del prodotto.Si prevede che l'industria della produzione additiva continuerà la sua traiettoria di crescita con l'emergere di nuove aziende, prodotti, servizi, applicazioni e casi d'uso, spesso a una velocità vertiginosa.