ייצור תוספי, המכונה גם הדפסה תלת-ממדית, המשיך להתפתח במשך כמעט 35 שנה מאז השימוש המסחרי בו. תעשיות התעופה והחלל, הרכב, הביטחון, האנרגיה, התחבורה, הרפואה, הדנטליות והצריכה משתמשות בייצור תוספי למגוון רחב של יישומים.
עם אימוץ כה נרחב, ברור כי ייצור תוסף אינו פתרון אחד שמתאים לכולם. על פי תקן המינוח ISO/ASTM 52900, כמעט כל מערכות הייצור התוסף המסחריות מתחלקות לאחת משבע קטגוריות תהליכים. אלה כוללות שיחול חומרים (MEX), פוטופולימריזציה באמבטיה (VPP), היתוך במצע אבקה (PBF), ריסוס קלסרים (BJT), ריסוס חומרים (MJT), שיקוע אנרגיה ממוקד (DED) ולמינציה של יריעות (SHL). כאן הם ממוינים לפי פופולריות על סמך מכירות יחידה.
מספר הולך וגדל של אנשי מקצוע בתעשייה, כולל מהנדסים ומנהלים, לומדים מתי ייצור תוסף (Additive Manufacturing) יכול לסייע בשיפור מוצר או תהליך ומתי לא. מבחינה היסטורית, יוזמות מרכזיות ליישום ייצור תוסף הגיעו ממהנדסים בעלי ניסיון בטכנולוגיה. ההנהלה רואה דוגמאות נוספות כיצד ייצור תוסף יכול לשפר את הפרודוקטיביות, לקצר את זמני ההובלה וליצור הזדמנויות עסקיות חדשות. ייצור תוסף (Additive Manufacturing) לא יחליף את רוב צורות הייצור המסורתיות, אלא יהפוך לחלק ממאגר יכולות פיתוח המוצר והייצור של היזם.
לייצור תוספי מגוון רחב של יישומים, החל ממיקרופלואידיקה ועד לבנייה בקנה מידה גדול. היתרונות של ייצור תוספי משתנים בהתאם לתעשייה, ליישום ולביצועים הנדרשים. לארגונים חייבות להיות סיבות טובות ליישום ייצור תוספי, ללא קשר לתרחיש השימוש. הנפוצים ביותר הם מידול רעיוני, אימות עיצוב ואימות התאמה ופונקציונליות. יותר ויותר חברות משתמשות בו כדי ליצור כלים ויישומים לייצור המוני, כולל פיתוח מוצרים בהתאמה אישית.
עבור יישומי חלל, משקל הוא גורם מרכזי. על פי מרכז טיסות החלל מרשל של נאס"א, עלות של כ-10,000 דולר להכניס מטען במשקל 0.45 ק"ג למסלול סביב כדור הארץ. הפחתת משקל הלוויינים יכולה לחסוך בעלויות השיגור. התמונה המצורפת מציגה חלק AM ממתכת מדגם Swissto12 המשלב מספר מוליכי גל לחלק אחד. עם AM, המשקל מצטמצם לפחות מ-0.08 ק"ג.
ייצור תוספי (Additive Manufacturing) משמש לאורך כל שרשרת הערך בתעשיית האנרגיה. עבור חברות מסוימות, היתרון העסקי של שימוש ב-AM הוא איטרציה מהירה של פרויקטים כדי ליצור את המוצר הטוב ביותר האפשרי בזמן הקצר ביותר. בתעשיית הנפט והגז, חלקים או מכלולים פגומים יכולים לעלות אלפי דולרים או יותר באובדן פרודוקטיביות לשעה. שימוש ב-AM לשיקום הפעילות יכול להיות אטרקטיבי במיוחד.
יצרנית גדולה של מערכות DED, MX3D, הוציאה אב טיפוס לכלי תיקון צינורות. צינור פגום יכול לעלות בין 100,000 ל-1,000,000 אירו (113,157-1,131,570 דולר) ליום, על פי החברה. המתקן המוצג בעמוד הבא משתמש בחלק CNC כמסגרת ומשתמש ב-DED כדי לרתך את היקף הצינור. AM מספק שיעורי שקיעת חומר גבוהים עם בזבוז מינימלי, בעוד ש-CNC מספק את הדיוק הנדרש.
בשנת 2021, הותקן מעטפת מים מודפסת בתלת-ממד על אסדת קידוח TotalEnergies בים הצפוני. מעילי מים הם אלמנט קריטי המשמש לשליטה על הפקת פחמימנים בבארות הנמצאות בבנייה. במקרה זה, היתרונות של שימוש בייצור תוסף הם זמני אספקה ​​קצרים יותר והפחתת פליטות של 45% בהשוואה למעילי מים מזויפים מסורתיים.
הצעה עסקית נוספת לייצור תוספי היא הפחתת הכלים היקרים. חברת Phone Scope פיתחה מתאמי דיגיסקופינג עבור מכשירים המחברים את מצלמת הטלפון לטלסקופ או למיקרוסקופ. טלפונים חדשים יוצאים מדי שנה, מה שמחייב חברות להוציא קו חדש של מתאמים. באמצעות AM, חברה יכולה לחסוך כסף על כלים יקרים שיש להחליף כאשר יוצאים טלפונים חדשים.
כמו בכל תהליך או טכנולוגיה, אין להשתמש בייצור תוסף (Additive Manufacturing) מכיוון שהוא נחשב חדש או שונה. זאת כדי לשפר את תהליכי פיתוח המוצר ו/או ייצורו. הוא אמור להוסיף ערך. דוגמאות לתרחישי עסקיים אחרים כוללות מוצרים בהתאמה אישית והתאמה אישית המונית, פונקציונליות מורכבת, חלקים משולבים, פחות חומר ומשקל וביצועים משופרים.
כדי ש-AM יממש את פוטנציאל הצמיחה שלה, יש להתמודד עם אתגרים. עבור רוב יישומי הייצור, התהליך חייב להיות אמין וניתן לשחזור. השיטות הבאות של אוטומציה של הסרת חומר מחלקים ותומכים ועיבוד לאחר מכן יסייעו. אוטומציה גם מגבירה את הפרודוקטיביות ומפחיתה את העלות לחלק.
אחד התחומים המעניינים ביותר הוא אוטומציה של עיבוד לאחר ייצור כגון הסרת אבקה וגימור. על ידי אוטומציה של תהליך הייצור ההמוני של יישומים, ניתן לחזור על אותה טכנולוגיה אלפי פעמים. הבעיה היא ששיטות אוטומציה ספציפיות יכולות להשתנות בהתאם לסוג החלק, גודלו, חומרו ותהליךו. לדוגמה, עיבוד לאחר ייצור כתרים דנטליים אוטומטיים שונה מאוד מעיבוד חלקי מנועי רקטות, למרות ששניהם יכולים להיות עשויים מתכת.
מכיוון שחלקים מותאמים ל-AM, לעתים קרובות מתווספים תכונות מתקדמות יותר וערוצים פנימיים. עבור PBF, המטרה העיקרית היא להסיר 100% מהאבקה. Solukon מייצרת מערכות אוטומטיות להסרת אבקה. החברה פיתחה טכנולוגיה בשם Smart Powder Recovery (SRP) שמסובבת ומרטיטה חלקי מתכת שעדיין מחוברים ללוח הבנייה. הסיבוב והרטט נשלטים על ידי מודל ה-CAD של החלק. על ידי הזזה וניעור מדויקים של החלקים, האבקה שנלכדה זורמת כמעט כמו נוזל. אוטומציה זו מפחיתה את העבודה הידנית ויכולה לשפר את האמינות והיכולת לשחזר את הסרת האבקה.
הבעיות והמגבלות של הסרת אבקה ידנית יכולות להגביל את הכדאיות של שימוש ב-AM לייצור המוני, אפילו בכמויות קטנות. מערכות הסרת אבקת מתכת של Solukon יכולות לפעול באווירה אינרטית ולאסוף אבקה שלא נעשה בה שימוש לשימוש חוזר במכונות AM. Solukon ערכה סקר לקוחות ופרסמה מחקר בדצמבר 2021 שהראה ששתי הדאגות הגדולות ביותר הן בריאות תעסוקתית ושחזור.
הסרה ידנית של אבקה ממבני שרף PBF יכולה להיות גוזלת זמן. חברות כמו DyeMansion ו-PostProcess Technologies בונות מערכות עיבוד לאחר העיבוד כדי להסיר אבקה באופן אוטומטי. ניתן לטעון חלקים רבים של ייצור תוספים למערכת שהופכת ופולטת את המדיום כדי להסיר אבקה עודפת. ל-HP יש מערכת משלה שאמורה להסיר אבקה מתא הבנייה של Jet Fusion 5200 תוך 20 דקות. המערכת מאחסנת אבקה לא מותכת במיכל נפרד לשימוש חוזר או מיחזור ליישומים אחרים.
חברות יכולות להפיק תועלת מאוטומציה אם ניתן ליישם אותה ברוב שלבי העיבוד לאחר מכן. DyeMansion מציעה מערכות להסרת אבקה, הכנת משטח וצביעה. מערכת PowerFuse S טוענת את החלקים, מעבדת קיטור על החלקים החלקים ומפרקת אותם. החברה מספקת מתלה נירוסטה לתליית חלקים, דבר שנעשה ידנית. מערכת PowerFuse S יכולה לייצר משטח הדומה לתבנית הזרקה.
האתגר הגדול ביותר שעומד בפני התעשייה הוא הבנת ההזדמנויות האמיתיות שמציעה אוטומציה. אם יש צורך לייצר מיליון חלקים פולימריים, תהליכי יציקה או עיצוב מסורתיים עשויים להיות הפתרון הטוב ביותר, אם כי זה תלוי בחלק. תהליך ייצור אוטומטי זמין לעתים קרובות עבור סבב הייצור הראשון בייצור ובדיקה של כלים. באמצעות עיבוד אוטומטי לאחר מכן, ניתן לייצר אלפי חלקים בצורה אמינה וניתנת לשחזור באמצעות אוטומציה, אך היא ספציפית לחלק ועשויה לדרוש פתרון מותאם אישית.
ל-AM אין שום קשר לתעשייה. ארגונים רבים מציגים תוצאות מחקר ופיתוח מעניינות שיכולות להוביל לתפקוד תקין של מוצרים ושירותים. בתעשיית התעופה והחלל, Relativity Space מייצרת את אחת ממערכות ייצור התוספים המתכתיות הגדולות ביותר באמצעות טכנולוגיית DED קניינית, אשר החברה מקווה שתשמש לייצור רוב הרקטות שלה. טיל Terran 1 שלה יכול לשגר מטען של 1,250 ק"ג למסלול נמוך סביב כדור הארץ. Relativity מתכננת לשגר טיל ניסוי באמצע 2022 וכבר מתכננת טיל גדול יותר וניתן לשימוש חוזר בשם Terran R.
טילי Terran 1 ו-R של Relativity Space הם דרך חדשנית לדמיין מחדש כיצד תיראו טיסות חלל עתידיות. תכנון ואופטימיזציה לייצור תוסף עוררו עניין בפיתוח זה. החברה טוענת ששיטה זו מפחיתה את מספר החלקים פי 100 בהשוואה לרקטות מסורתיות. החברה טוענת גם שהיא יכולה לייצר רקטות מחומרי גלם תוך 60 יום. זוהי דוגמה מצוינת לשילוב חלקים רבים לאחד ולפישוט משמעותי של שרשרת האספקה.
בתעשיית הדנטלית, ייצור תוספי משמש לייצור כתרים, גשרים, תבניות קידוח כירורגיות, תותבות חלקיות וקשתיות. Align Technology ו-SmileDirectClub משתמשות בהדפסה תלת-ממדית כדי לייצר חלקים לקשתיות פלסטיק שקופות המיוצרות תרמופורמינג. Align Technology, יצרנית מוצרי המותג Invisalign, משתמשת ברבות ממערכות הפוטופולימריזציה באמבטיות 3D Systems. בשנת 2021, החברה מסרה כי טיפלה ביותר מ-10 מיליון מטופלים מאז שקיבלה את אישור ה-FDA בשנת 1998. אם טיפול טיפוסי של מטופל מורכב מ-10 קשתיות, וזו הערכה נמוכה, החברה ייצרה 100 מיליון חלקי AM או יותר. חלקי FRP קשים למחזור מכיוון שהם תרמוסטטים. SmileDirectClub משתמשת במערכת HP Multi Jet Fusion (MJF) כדי לייצר חלקים תרמופלסטיים שניתן למחזר עבור יישומים אחרים.
מבחינה היסטורית, VPP לא הצליחה לייצר חלקים דקים ושקופים בעלי תכונות חוזק לשימוש כמכשירים אורתודנטיים. בשנת 2021, LuxCreo ו-Graphy פרסמו פתרון אפשרי. נכון לפברואר, Graphy קיבלה אישור FDA להדפסה תלת-ממדית ישירה של מכשירים דנטליים. אם מדפיסים אותם ישירות, התהליך מקצה לקצה נחשב לקצר יותר, קל יותר ופוטנציאלית פחות יקר.
פיתוח מוקדם שזכה לתשומת לב תקשורתית רבה היה השימוש בהדפסה תלת-ממדית עבור יישומי בנייה בקנה מידה גדול כמו דיור. לעתים קרובות קירות הבית מודפסים באמצעות שיחול. כל שאר חלקי הבית יוצרו בשיטות וחומרים מסורתיים, כולל רצפות, תקרות, גגות, מדרגות, דלתות, חלונות, מכשירי חשמל, ארונות ומשטחי עבודה. קירות מודפסים בתלת-ממד יכולים להגדיל את עלות התקנת חשמל, תאורה, אינסטלציה, צינורות ופתחי אוורור לחימום ומיזוג אוויר. גימור החלק הפנימי והחוץ של קיר בטון קשה יותר מאשר בעיצוב קיר מסורתי. מודרניזציה של בית עם קירות מודפסים בתלת-ממד היא גם שיקול חשוב.
חוקרים במעבדה הלאומית אוק רידג' חוקרים כיצד לאגור אנרגיה בקירות מודפסים בתלת מימד. על ידי החדרת צינורות לקיר במהלך הבנייה, מים יכולים לזרום דרכו לחימום וקירור. פרויקט המחקר והפיתוח הזה מעניין וחדשני, אך הוא עדיין נמצא בשלבי פיתוח ראשוניים. פרויקט המחקר והפיתוח הזה מעניין וחדשני, אך הוא עדיין נמצא בשלבי פיתוח ראשוניים.פרויקט מחקר זה מעניין וחדשני, אך הוא עדיין בשלבי פיתוח ראשוניים.פרויקט מחקר זה מעניין וחדשני, אך עדיין בשלבי פיתוח ראשוניים.
רובנו עדיין לא מכירים את הכלכלה של הדפסת תלת-ממד של חלקי בניין או חפצים גדולים אחרים. הטכנולוגיה שימשה לייצור גשרים, סוככים, ספסלי פארק ואלמנטים דקורטיביים למבנים ולסביבה החיצונית. ההנחה היא כי היתרונות של ייצור תוסף (Additive Manufacturing) בקנה מידה קטן (מכמה סנטימטרים ועד כמה מטרים) חלים על הדפסה תלת-ממדית בקנה מידה גדול. היתרונות העיקריים של שימוש בייצור תוסף כוללים יצירת צורות ומאפיינים מורכבים, צמצום מספר החלקים, צמצום החומר והמשקל והגברת הפרודוקטיביות. אם ייצור תוסף (Additive Manufacturing) אינו מוסיף ערך, יש להטיל ספק בתועלת שלו.
באוקטובר 2021, רכשה סטרטסיס את 55% הנותרים ב-Xaar 3D, חברת בת של יצרנית מדפסות הזרקת הדיו התעשייתיות הבריטית Xaar. טכנולוגיית הפולימר PBF של סטרטסיס, הנקראת Selective Absorbion Fusion, מבוססת על ראשי הדפסה של הזרקת דיו Xaar. מכונת ה-Stratasys H350 מתחרה במערכת HP MJF.
רכישת Desktop Metal הייתה מרשימה. בפברואר 2021, רכשה החברה את Envisiontec, יצרנית ותיקה של מערכות ייצור תוספי תעשייה. במאי 2021, רכשה החברה את Adaptive3D, מפתחת פולימרים גמישים של VPP. ביולי 2021, רכשה Desktop Metal את Aerosint, מפתחת תהליכי ציפוי מחדש של ציפוי אבקה רב-חומרים. הרכישה הגדולה ביותר התרחשה באוגוסט כאשר Desktop Metal רכשה את המתחרה ExOne תמורת 575 מיליון דולר.
רכישת ExOne על ידי Desktop Metal מאחדת שתי יצרניות ידועות של מערכות BJT ממתכת. באופן כללי, הטכנולוגיה טרם הגיעה לרמה שרבים מאמינים. חברות ממשיכות לטפל בנושאים כמו חזרתיות, אמינות והבנת שורש הבעיות ככל שהן מתעוררות. למרות זאת, אם הבעיות ייפתרו, עדיין יש מקום לטכנולוגיה להגיע לשווקים גדולים יותר. ביולי 2021, 3DEO, ספקית שירותים המשתמשת במערכת הדפסה תלת-ממדית קניינית, הודיעה כי סיפקה את המיליון ללקוחות.
מפתחי תוכנה ופלטפורמות ענן חוו צמיחה משמעותית בתעשיית הייצור התוספי. זה נכון במיוחד עבור מערכות ניהול ביצועים (MES) העוקבות אחר שרשרת הערך של ייצור תוספי (AM). 3D Systems הסכימה לרכוש את Oqton בספטמבר 2021 תמורת 180 מיליון דולר. Oqton, שנוסדה בשנת 2017, מספקת פתרונות מבוססי ענן לשיפור זרימת העבודה ושיפור יעילות ייצור תוספי. Materialize רכשה את Link3D בנובמבר 2021 תמורת 33.5 מיליון דולר. כמו Oqton, פלטפורמת הענן של Link3D עוקבת אחר העבודה ומפשטת את זרימת העבודה של ייצור תוספי.
אחת הרכישות האחרונות בשנת 2021 היא רכישת Wohlers Associates על ידי ASTM International. יחד הן פועלות למנף את המותג Wohlers כדי לתמוך באימוץ רחב יותר של AM ברחבי העולם. באמצעות מרכז המצוינות של ASTM AM, Wohlers Associates תמשיך להפיק דוחות ופרסומים אחרים של Wohlers, וכן לספק שירותי ייעוץ, ניתוח שוק והדרכה.
תעשיית הייצור התוספי התבגרה ותעשיות רבות משתמשות בטכנולוגיה למגוון רחב של יישומים. אך הדפסה תלת-ממדית לא תחליף את רוב צורות הייצור האחרות. במקום זאת, היא משמשת ליצירת סוגים חדשים של מוצרים ומודלים עסקיים. ארגונים משתמשים בייצור תוספי כדי להפחית את משקלם של חלקים, לקצר את זמני האספקה ​​ואת עלויות הכלים, ולשפר את ההתאמה האישית והביצועים של המוצר. תעשיית הייצור התוספי צפויה להמשיך במסלול הצמיחה שלה עם צמיחת חברות, מוצרים, שירותים, יישומים ומקרי שימוש חדשים, לעתים קרובות במהירות מסחררת.