ייצור תוסף, הידוע גם בשם הדפסת תלת מימד, המשיך להתפתח במשך כמעט 35 שנים מאז השימוש המסחרי בו.תעשיית התעופה והחלל, הרכב, הביטחון, האנרגיה, התחבורה, הרפואה, השיניים והצרכנות משתמשות בייצור תוסף עבור מגוון רחב של יישומים.
עם אימוץ נרחב כל כך, ברור שייצור תוסף אינו פתרון אחד שמתאים לכולם.על פי תקן הטרמינולוגיה ISO/ASTM 52900, כמעט כל מערכות הייצור התוספות המסחריות נכנסות לאחת משבע קטגוריות תהליכים.אלה כוללים שחול חומר (MEX), פוטופולימריזציה של אמבט (VPP), היתוך אבקה (PBF), ריסוס קלסר (BJT), ריסוס חומרים (MJT), השקעת אנרגיה מכוונת (DED) ולמינציה של גיליונות (SHL).כאן הם ממוינים לפי פופולריות על סמך מכירות יחידות.
מספר הולך וגדל של אנשי מקצוע בתעשייה, כולל מהנדסים ומנהלים, לומדים מתי ייצור תוסף יכול לעזור לשפר מוצר או תהליך ומתי הוא לא יכול.מבחינה היסטורית, יוזמות מרכזיות ליישום ייצור תוסף הגיעו ממהנדסים מנוסים בטכנולוגיה.ההנהלה רואה דוגמאות נוספות לאופן שבו ייצור תוסף יכול לשפר את הפרודוקטיביות, להפחית את זמני ההובלה וליצור הזדמנויות עסקיות חדשות.AM לא תחליף את רוב צורות הייצור המסורתיות, אלא תהפוך לחלק מארסנל יכולות הפיתוח והייצור של היזם.
לייצור תוסף יש מגוון רחב של יישומים, ממיקרו-נוזלים ועד בנייה בקנה מידה גדול.היתרונות של AM משתנים בהתאם לתעשייה, ליישום ולביצועים הנדרשים.לארגונים חייבים להיות סיבות טובות ליישם AM, ללא קשר למקרה השימוש.הנפוצים ביותר הם מודלים רעיוניים, אימות עיצוב ואימות התאמה ופונקציונליות.יותר ויותר חברות משתמשות בו כדי ליצור כלים ויישומים לייצור המוני, כולל פיתוח מוצרים בהתאמה אישית.
עבור יישומי תעופה וחלל, משקל הוא גורם מרכזי.זה עולה כ-10,000 דולר להכניס מטען של 0.45 ק"ג למסלול כדור הארץ, על פי מרכז טיסות החלל מרשל של נאס"א.הפחתת משקל הלוויינים יכולה לחסוך בעלויות השיגור.התמונה המצורפת מציגה חלק AM מתכת Swissto12 המשלב מספר מוליכי גל לחלק אחד.עם AM, המשקל מופחת לפחות מ-0.08 ק"ג.
ייצור תוסף משמש בכל שרשרת הערך בתעשיית האנרגיה.עבור חברות מסוימות, המקרה העסקי לשימוש ב-AM הוא לבצע פעולות חוזרות במהירות בפרויקטים כדי ליצור את המוצר הטוב ביותר האפשרי בפרק הזמן הקצר ביותר.בתעשיית הנפט והגז, חלקים או מכלולים שניזוקו עלולים לעלות אלפי דולרים או יותר באובדן פרודוקטיביות לשעה.שימוש ב-AM לשחזור פעולות יכול להיות אטרקטיבי במיוחד.
יצרנית גדולה של מערכות DED MX3D פרסמה אב טיפוס של כלי לתיקון צינורות.צינור פגום יכול לעלות בין 100,000 אירו ל-1,000,000 אירו (113,157-1,131,570 דולר) ליום, לפי החברה.המתקן המוצג בעמוד הבא משתמש בחלק CNC כמסגרת ומשתמש ב-DED כדי לרתך את היקף הצינור.AM מספקת שיעורי שיקוע גבוהים עם פסולת מינימלית, בעוד CNC מספק את הדיוק הנדרש.
בשנת 2021, הותקנה מעטפת מים מודפסת בתלת מימד על אסדת נפט של TotalEnergies בים הצפוני.מעילי מים הם מרכיב קריטי המשמש לשליטה בהחזרת פחמימנים בבארות בבנייה.במקרה זה, היתרונות של שימוש בייצור תוסף הם קיצור זמני אספקה ​​והפחתת פליטות ב-45% בהשוואה למעילי מים מחושלים מסורתיים.
מקרה עסקי נוסף לייצור תוסף הוא הפחתת כלי עבודה יקרים.Phone Scope פיתחה מתאמי דיגיסקופינג למכשירים המחברים את מצלמת הטלפון שלך לטלסקופ או למיקרוסקופ.טלפונים חדשים יוצאים מדי שנה, מה שמחייב חברות לשחרר קו חדש של מתאמים.על ידי שימוש ב-AM, חברה יכולה לחסוך כסף על כלים יקרים שצריך להחליף כאשר טלפונים חדשים יוצאים לשוק.
כמו בכל תהליך או טכנולוגיה, אין להשתמש בייצור תוסף מכיוון שהוא נחשב חדש או שונה.זאת לשיפור תהליכי פיתוח ו/או ייצור מוצרים.זה צריך להוסיף ערך.דוגמאות למקרים עסקיים אחרים כוללים מוצרים מותאמים אישית והתאמה אישית המונית, פונקציונליות מורכבת, חלקים משולבים, פחות חומר ומשקל, וביצועים משופרים.
כדי ש-AM תוכל לממש את פוטנציאל הצמיחה שלה, יש לטפל באתגרים.עבור רוב יישומי הייצור, התהליך חייב להיות אמין וניתן לשחזור.השיטות הבאות של אוטומציה של הסרת חומר של חלקים ותומכים ועיבוד לאחר יעזרו.אוטומציה גם מגבירה את הפרודוקטיביות ומפחיתה את העלות לחלק.
אחד התחומים המעניינים ביותר הוא אוטומציה לאחר עיבוד 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 לפי סוג חלק, גודל, חומר ותהליך.לדוגמה, העיבוד לאחר העיבוד של כתרים אוטומטיים לשיניים שונה מאוד מעיבוד חלקי מנוע רקטי, אם כי שניהם יכולים להיות עשויים ממתכת.
מכיוון שחלקים מותאמים ל-AM, מתווספים לעתים קרובות 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) המסובבת ורוטטת חלקי מתכת שעדיין מחוברים ללוחית הבנייה.סיבוב ורטט נשלטים על ידי מודל ה-CAD של החלק.על ידי הזזה וניעור מדויק של החלקים, האבקה שנלכדה זורמת כמעט כמו נוזל.אוטומציה זו מפחיתה את העבודה הידנית ויכולה לשפר את האמינות והשחזור של הסרת אבקה.
הבעיות והמגבלות של הסרת אבקה ידנית יכולות להגביל את כדאיות השימוש ב-AM לייצור המוני, אפילו בכמויות קטנות.מערכות להסרת אבקת מתכת של סולוקון יכולות לפעול באווירה אינרטית ולאסוף אבקה שאינה בשימוש לשימוש חוזר במכונות AM.Solukon ערכה סקר לקוחות ופרסמה מחקר בדצמבר 2021 המראה כי שני החששות הגדולים ביותר הם בריאות תעסוקתית ויכולת להתרבות.
הסרה ידנית של אבקה ממבני שרף PBF יכולה להיות גוזלת זמן.חברות כמו DyeMansion ו-PostProcess Technologies בונות מערכות לאחר עיבוד להסרה אוטומטית של אבקה.ניתן להטעין חלקי ייצור תוספים רבים לתוך מערכת שהופכת ומוציאה את המדיום כדי להסיר עודפי אבקה.ל-HP יש מערכת משלה שאמורה להסיר אבקה מתא הבנייה של Jet Fusion 5200 תוך 20 דקות.המערכת מאחסנת אבקה לא מומסת במיכל נפרד לשימוש חוזר או למיחזור עבור יישומים אחרים.
חברות יכולות להפיק תועלת מאוטומציה אם ניתן ליישם אותה על רוב השלבים שלאחר העיבוד.DyeMansion מציעה מערכות להסרת אבקה, הכנת משטח וצביעה.מערכת PowerFuse S מעמיסה את החלקים, מייצרת את החלקים החלקים ופורקת אותם.החברה מספקת מתלה נירוסטה לתליית חלקים, הנעשית בעבודת יד.מערכת PowerFuse S יכולה לייצר משטח הדומה לתבנית הזרקה.
האתגר הגדול ביותר העומד בפני התעשייה הוא הבנת ההזדמנויות האמיתיות שיש לאוטומציה להציע.אם צריך לייצר מיליון חלקי פולימר, תהליכי יציקה או יציקה מסורתיים עשויים להיות הפתרון הטוב ביותר, אם כי זה תלוי בחלק.AM זמין לרוב להרצת הייצור הראשונה בייצור ובדיקה של כלים.באמצעות עיבוד שלאחר אוטומטי, ניתן לייצר אלפי חלקים בצורה מהימנה וניתנת לשחזור באמצעות AM, אך הוא ספציפי לחלק ועשוי 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 תוספי המתכת הגדולות ביותר באמצעות טכנולוגיית DED קניינית, שהחברה מקווה שתשמש לייצור רוב הרקטות שלה.רקטת Terran 1 שלה יכולה להעביר מטען של 1,250 ק"ג למסלול נמוך של כדור הארץ.Relativity מתכננת לשגר רקטת ניסוי באמצע 2022 וכבר מתכננת רקטה גדולה יותר וניתנת לשימוש חוזר בשם Terran R.
רקטות Terran 1 ו-R של Relativity Space הן דרך חדשנית לדמיין מחדש כיצד עשויה להיראות טיסות חלל עתידיות.עיצוב ואופטימיזציה לייצור תוסף עוררו עניין בפיתוח זה.החברה טוענת ששיטה זו מפחיתה את מספר החלקים פי 100 בהשוואה לרקטות המסורתיות.החברה גם טוענת שהיא יכולה לייצר רקטות מחומרי גלם בתוך 60 יום.זוהי דוגמה מצוינת לשילוב חלקים רבים לאחד ולפישוט גדול של שרשרת האספקה.
בתעשיית השיניים, ייצור תוסף משמש לייצור כתרים, גשרים, תבניות קידוח כירורגיות, תותבות חלקיות ומיישרים.Align Technology ו-SmileDirectClub משתמשות בהדפסת תלת מימד כדי לייצר חלקים ליישור פלסטיק שקוף.Align Technology, יצרנית מוצרי המותג Invisalign, משתמשת ברבות ממערכות הפוטופולימריזציה באמבטיות 3D Systems.בשנת 2021, החברה אמרה שהיא טיפלה ביותר מ-10 מיליון חולים מאז שקיבלה את אישור ה-FDA ב-1998. אם הטיפול של מטופל טיפוסי מורכב מ-10 מיישרים, וזו הערכה נמוכה, החברה ייצרה 100 מיליון חלקי AM או יותר.חלקי FRP קשים למיחזור מכיוון שהם תרמו-מדורגים.SmileDirectClub משתמש במערכת HP Multi Jet Fusion (MJF) לייצור חלקים תרמופלסטיים שניתן למחזר עבור יישומים אחרים.
היסטורית, VPP לא הצליחה לייצר חלקים דקים ושקופים בעלי תכונות חוזק לשימוש כמכשירים אורתודונטיים.בשנת 2021, LuxCreo ו-Graphy פרסמו פתרון אפשרי.החל מפברואר, ל-Graphy יש אישור FDA להדפסה ישירה בתלת מימד של מכשירי שיניים.אם תדפיס אותם ישירות, התהליך מקצה לקצה נחשב לקצר יותר, קל יותר, ואולי זול יותר.
פיתוח מוקדם שזכה לתשומת לב תקשורתית רבה היה השימוש בהדפסת תלת מימד עבור יישומי בנייה בקנה מידה גדול כמו דיור.לעתים קרובות קירות הבית מודפסים באקסטרוזיה.כל שאר חלקי הבית נעשו בשיטות וחומרים מסורתיים, לרבות רצפות, תקרות, גגות, מדרגות, דלתות, חלונות, מכשירי חשמל, ארונות ומשטחים.קירות מודפסים בתלת מימד יכולים לייקר את העלות של התקנת חשמל, תאורה, אינסטלציה, תעלות ופתחי אוורור לחימום ומיזוג אוויר.גימור הפנים והחוץ של קיר בטון קשה יותר מאשר בעיצוב קיר מסורתי.מודרניזציה של בית עם קירות מודפסים בתלת מימד היא גם שיקול חשוב.
חוקרים במעבדה הלאומית של Oak Ridge חוקרים כיצד לאגור אנרגיה בקירות מודפסים בתלת מימד.על ידי הכנסת צינורות לקיר במהלך הבנייה, מים יכולים לזרום דרכו לחימום וקירור. פרויקט מו"פ זה מעניין וחדשני, אך הוא עדיין בשלב מוקדם של פיתוח. פרויקט מו"פ זה מעניין וחדשני, אך הוא עדיין בשלב מוקדם של פיתוח.פרויקט המחקר הזה מעניין וחדשני, אבל הוא עדיין בשלבי פיתוח ראשונים.פרויקט מחקר זה מעניין וחדשני, אך עדיין בשלבי פיתוח מוקדמים.
רובנו עדיין לא מכירים את הכלכלה של הדפסת תלת מימד חלקי בניין או חפצים גדולים אחרים.הטכנולוגיה שימשה לייצור כמה גשרים, סוככים, ספסלי פארק ואלמנטים דקורטיביים לבניינים ולסביבה החיצונית.מאמינים כי היתרונות של ייצור תוסף בקנה מידה קטן (מכמה סנטימטרים ועד כמה מטרים) חלים על הדפסת תלת מימד בקנה מידה גדול.היתרונות העיקריים של שימוש בייצור תוסף כוללים יצירת צורות ותכונות מורכבות, הפחתת מספר החלקים, הפחתת החומר והמשקל והגדלת הפרודוקטיביות.אם AM לא מוסיפה ערך, יש להטיל ספק בתועלת שלה.
באוקטובר 2021, Stratasys רכשה את יתרת 55% ממניות Xaar 3D, חברה בת של יצרנית מדפסות הזרקת דיו תעשייתיות הבריטית Xaar.טכנולוגיית הפולימר PBF של Stratasys, הנקראת Selective Absorbion Fusion, מבוססת על ראשי הדפסה הזרקת דיו של Xaar.מכונת Stratasys H350 מתחרה במערכת HP MJF.
קניית Desktop Metal הייתה מרשימה.בפברואר 2021 רכשה החברה את Envisiontec, יצרנית ותיקה של מערכות ייצור תוספים תעשייתיים.במאי 2021 רכשה החברה את Adaptive3D, מפתחת של פולימרי VPP גמישים.ביולי 2021, Desktop Metal רכשה את Aerosint, מפתחת תהליכי ציפוי מחדש של ציפוי אבקה רב-חומרי.הרכישה הגדולה ביותר הגיעה באוגוסט כאשר Desktop Metal רכשה את המתחרה ExOne תמורת 575 מיליון דולר.
הרכישה של ExOne על ידי Desktop Metal מפגישה שני יצרנים ידועים של מערכות BJT מתכת.באופן כללי, הטכנולוגיה עדיין לא הגיעה לרמה שרבים מאמינים בה.חברות ממשיכות לטפל בבעיות כמו חזרה, אמינות והבנת שורש הבעיות כשהן מתעוררות.למרות זאת, אם הבעיות ייפתרו, עדיין יש מקום לטכנולוגיה להגיע לשווקים גדולים יותר.ביולי 2021, 3DEO, ספקית שירות המשתמשת במערכת הדפסה תלת מימדית קניינית, אמרה שהיא שלחה את המיליון ללקוחות.
מפתחי תוכנה ופלטפורמות ענן ראו צמיחה משמעותית בתעשיית הייצור התוסף.זה נכון במיוחד עבור מערכות ניהול ביצועים (MES) העוקבות אחר שרשרת הערך של 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 AM.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 AM.
אחת הרכישות האחרונות ב-2021 היא הרכישה של ASTM International של Wohlers Associates.יחד הם פועלים למנף את המותג Wohlers כדי לתמוך באימוץ רחב יותר של AM ברחבי העולם.באמצעות מרכז המצוינות ASTM AM, Wohlers Associates ימשיכו להפיק דוחות Wohlers ופרסומים אחרים, כמו גם לספק שירותי ייעוץ, ניתוח שוק והדרכה.
תעשיית הייצור התוסף התבגרה ותעשיות רבות משתמשות בטכנולוגיה למגוון רחב של יישומים.אבל הדפסת תלת מימד לא תחליף את רוב צורות הייצור האחרות.במקום זאת, הוא משמש ליצירת סוגים חדשים של מוצרים ומודלים עסקיים.ארגונים משתמשים ב-AM כדי להפחית את משקל החלקים, להפחית את זמני ההובלה ועלויות הכלים ולשפר את ההתאמה האישית והביצועים של המוצר.תעשיית הייצור התוסף צפויה להמשיך את מסלול הצמיחה שלה עם חברות, מוצרים, שירותים, יישומים ומקרי שימוש חדשים שצצים, לעתים קרובות במהירות מסחררת.