Қоспа өндірісі, сондай-ақ 3D басып шығару деп те аталады, коммерциялық қолданыстан бері шамамен 35 жыл бойы дамып келеді. Аэроғарыш, автомобиль, қорғаныс, энергетика, көлік, медициналық, стоматологиялық және тұтыну салалары қоспа өндірісін кең ауқымды қолданбалар үшін пайдаланады.
Мұндай кең таралуымен, аддитивті өндірістің барлығына бірдей шешім емес екені анық. ISO/ASTM 52900 терминология стандартына сәйкес, барлық дерлік коммерциялық аддитивті өндіріс жүйелері жеті процесс санаттарының біріне жатады. Оларға материалды экструзиялау (MEX), ванна фотополимеризациясы (VPP), ұнтақ қабатын балқыту (PBF), байланыстырушы бүрку (BJT), материалды бүрку (MJT), бағытталған энергиямен тұндыру (DED) және парақты ламинациялау (SHL) жатады. Мұнда олар бірлік сатылымына негізделген танымалдылық бойынша сұрыпталған.
Инженерлер мен менеджерлерді қоса алғанда, сала мамандарының саны артып келеді, олар қоспа өндірісі өнімді немесе процесті жақсартуға қашан көмектесе алатынын және қашан көмектесе алмайтынын білуде. Тарихи тұрғыдан алғанда, қоспа өндірісін енгізу бойынша негізгі бастамалар технологиямен тәжірибесі бар инженерлерден туындады. Басшылық қоспа өндірісінің өнімділікті қалай арттыра алатынын, жеткізу мерзімін қысқарта алатынын және жаңа бизнес мүмкіндіктерін қалай жасай алатынын көрсететін көптеген мысалдарды көреді. AM өндірістің көптеген дәстүрлі түрлерін алмастырмайды, бірақ кәсіпкердің өнімді әзірлеу және өндірістік мүмкіндіктер арсеналының бір бөлігіне айналады.
Қоспа өндірісі микрофлюидикадан бастап ірі көлемді құрылысқа дейін кең ауқымды қолданысқа ие. AM артықшылықтары салаға, қолдануға және қажетті өнімділікке байланысты өзгереді. Ұйымдардың пайдалану жағдайына қарамастан, AM енгізудің жақсы себептері болуы керек. Ең көп таралғандары - тұжырымдамалық модельдеу, дизайнды тексеру және жарамдылық пен функционалдылықты тексеру. Барған сайын көп компаниялар оны жаппай өндіріске арналған құралдар мен қолданбаларды жасау үшін, соның ішінде тапсырыс бойынша өнімді әзірлеу үшін пайдалануда.
Әуе-ғарыштық қолданбалар үшін салмақ маңызды фактор болып табылады. NASA-ның Маршалл ғарыштық ұшу орталығының мәліметтері бойынша, 0,45 кг пайдалы жүкті Жер орбитасына шығару шамамен 10 000 доллар тұрады. Жер серіктерінің салмағын азайту ұшыру шығындарын үнемдеуге мүмкіндік береді. Қоса берілген суретте бірнеше толқын өткізгіштерді бір бөлікке біріктіретін Swissto12 металл AM бөлігі көрсетілген. AM көмегімен салмақ 0,08 кг-нан азға дейін азаяды.
Энергетика саласындағы құн тізбегінде қоспа өндірісі қолданылады. Кейбір компаниялар үшін АМ қолданудың бизнес-міндеті - ең қысқа мерзімде ең жақсы өнімді жасау үшін жобаларды тез қайталау. Мұнай-газ өнеркәсібінде зақымдалған бөлшектер немесе жинақтар сағатына өнімділіктің жоғалуына мыңдаған доллар немесе одан да көп шығын келтіруі мүмкін. Жұмысты қалпына келтіру үшін АМ қолдану әсіресе тартымды болуы мүмкін.
DED жүйелерінің ірі өндірушісі MX3D құбырларды жөндеу құралының прототипін шығарды. Компанияның мәліметі бойынша, зақымдалған құбыр күніне 100 000 еуродан 1 000 000 еуроға дейін (113 157-1 131 570 доллар) шығын әкелуі мүмкін. Келесі бетте көрсетілген арматура CNC бөлшегін рамка ретінде пайдаланады және құбырдың шеңберін дәнекерлеу үшін DED пайдаланады. AM минималды қалдықтармен жоғары тұндыру жылдамдығын қамтамасыз етеді, ал CNC қажетті дәлдікті қамтамасыз етеді.
2021 жылы Солтүстік теңіздегі TotalEnergies мұнай қондырғысына 3D басып шығарылған су қаптамасы орнатылды. Су қаптамалары салынып жатқан ұңғымаларда көмірсутектерді алуды бақылау үшін қолданылатын маңызды элемент болып табылады. Бұл жағдайда қоспа өндірісін пайдаланудың артықшылықтары дәстүрлі соғылған су қаптамаларымен салыстырғанда жеткізу мерзімін қысқарту және шығарындыларды 45%-ға азайту болып табылады.
Аддитивті өндірістің тағы бір бизнес-жоспары - қымбат құрал-жабдықтарды азайту. Phone Scope телефоныңыздың камерасын телескопқа немесе микроскопқа қосатын құрылғыларға арналған цифрлық адаптерлерді жасап шығарды. Жыл сайын жаңа телефондар шығарылады, бұл компаниялардан адаптерлердің жаңа желісін шығаруды талап етеді. AM пайдалану арқылы компания жаңа телефондар шығарылған кезде ауыстыруды қажет ететін қымбат құралдарға ақша үнемдей алады.
Кез келген процесс немесе технология сияқты, аддитивті өндірісті жаңа немесе басқаша деп санау үшін пайдалануға болмайды. Бұл өнімді әзірлеуді және/немесе өндіріс процестерін жақсарту үшін жасалады. Ол құндылық қосуы керек. Басқа бизнес жағдайларына мысал ретінде тапсырыс бойынша жасалған өнімдер мен жаппай теңшеу, күрделі функционалдылық, біріктірілген бөлшектер, аз материал мен салмақ және жақсартылған өнімділік жатады.
AM өзінің өсу әлеуетін жүзеге асыруы үшін қиындықтарды шешу қажет. Көптеген өндірістік қолданбалар үшін процесс сенімді және қайталанатын болуы керек. Бөлшектер мен тіректердің материалын алуды және кейінгі өңдеуді автоматтандырудың кейінгі әдістері көмектеседі. Автоматтандыру сонымен қатар өнімділікті арттырады және бөлшектің құнын төмендетеді.
Ең қызығушылық тудыратын салалардың бірі - ұнтақты кетіру және әрлеу сияқты өңдеуден кейінгі автоматтандыру. Қолданбаларды жаппай өндіру процесін автоматтандыру арқылы сол технологияны мыңдаған рет қайталауға болады. Мәселе мынада, нақты автоматтандыру әдістері бөлшек түріне, өлшеміне, материалына және процесіне байланысты өзгеруі мүмкін. Мысалы, автоматтандырылған стоматологиялық тәждерді өңдеуден кейінгі өңдеу зымыран қозғалтқышының бөлшектерін өңдеуден өте ерекшеленеді, дегенмен екеуі де металдан жасалуы мүмкін.
Бөлшектер AM үшін оңтайландырылғандықтан, көбінесе кеңейтілген мүмкіндіктер мен ішкі арналар қосылады. ҚҚБ үшін басты мақсат - ұнтақты 100% алып тастау. Solukon ұнтақты автоматты түрде кетіру жүйелерін шығарады. Компания құрастыру тақтасына бекітілген металл бөлшектерді айналдыратын және дірілдейтін Smart Powder Recovery (SRP) деп аталатын технологияны әзірледі. Айналу және діріл бөлшектің CAD моделімен басқарылады. Бөлшектерді дәл жылжыту және шайқау арқылы ұсталған ұнтақ сұйықтық сияқты ағады. Бұл автоматтандыру қол еңбегін азайтады және ұнтақты кетірудің сенімділігі мен қайталануын жақсарта алады.
Қолмен ұнтақты кетірудің мәселелері мен шектеулері AM-ді жаппай өндіріс үшін, тіпті аз мөлшерде болса да, пайдаланудың тиімділігін шектеуі мүмкін. Solukon металл ұнтағын кетіру жүйелері инертті атмосферада жұмыс істей алады және пайдаланылмаған ұнтақты AM машиналарында қайта пайдалану үшін жинай алады. Solukon тұтынушыларға сауалнама жүргізіп, 2021 жылдың желтоқсанында екі үлкен мәселе - еңбек қауіпсіздігі және қайталанымдылық екенін көрсететін зерттеу жариялады.
PBF шайыр құрылымдарынан ұнтақты қолмен алу көп уақытты алуы мүмкін. DyeMansion және PostProcess Technologies сияқты компаниялар ұнтақты автоматты түрде кетіру үшін кейінгі өңдеу жүйелерін құруда. Көптеген қоспа өндірістік бөлшектерді артық ұнтақты кетіру үшін ортаны төңкеріп, шығаратын жүйеге салуға болады. HP компаниясының Jet Fusion 5200 құрастыру камерасынан ұнтақты 20 минут ішінде кетіретін өзіндік жүйесі бар. Жүйе балқытылмаған ұнтақты басқа мақсаттарда қайта пайдалану немесе қайта өңдеу үшін бөлек контейнерде сақтайды.
Егер автоматтандыруды өңдеуден кейінгі кезеңдердің көпшілігіне қолдануға болатын болса, компаниялар одан пайда көре алады. DyeMansion ұнтақты кетіруге, бетті дайындауға және бояуға арналған жүйелерді ұсынады. PowerFuse S жүйесі бөлшектерді тиейді, тегіс бөлшектерді бумен өңдейді және оларды түсіреді. Компания қолмен жасалатын бөлшектерді ілуге ​​арналған тот баспайтын болаттан жасалған сөрені ұсынады. PowerFuse S жүйесі инъекциялық қалыпқа ұқсас бетті жасай алады.
Сала алдында тұрған ең үлкен қиындық - автоматтандыру ұсынатын нақты мүмкіндіктерді түсіну. Егер миллион полимерлі бөлшектерді жасау қажет болса, дәстүрлі құю немесе қалыптау процестері ең жақсы шешім болуы мүмкін, дегенмен бұл бөлшекке байланысты. AM көбінесе құрал өндірісінде және сынақтан өткізуде бірінші өндірістік айналым үшін қолжетімді. Автоматтандырылған кейінгі өңдеу арқылы AM көмегімен мыңдаған бөлшектерді сенімді және қайталанатын түрде жасауға болады, бірақ бұл бөлшекке тән және арнайы шешімді қажет етуі мүмкін.
AM-нің өнеркәсіппен ешқандай байланысы жоқ. Көптеген ұйымдар өнімдер мен қызметтердің дұрыс жұмыс істеуіне әкелетін қызықты зерттеулер мен әзірлемелердің нәтижелерін ұсынады. Аэроғарыш саласында Relativity Space компаниясы меншікті DED технологиясын қолдана отырып, ең ірі металл қоспаларын өндіру жүйелерінің бірін шығарады, бұл компания зымырандарының көпшілігін өндіру үшін пайдаланылады деп үміттенеді. Оның Terran 1 зымыраны Жердің төменгі орбитасына 1250 кг пайдалы жүкті жеткізе алады. Relativity 2022 жылдың ортасында сынақ зымыранын ұшыруды жоспарлап отыр және қазірдің өзінде Terran R деп аталатын үлкенірек, қайта пайдалануға болатын зымыранды жоспарлап отыр.
Relativity Space компаниясының Terran 1 және R зымырандары болашақ ғарыштық ұшудың қандай болатынын қайта елестетудің инновациялық тәсілі болып табылады. Қоспа өндірісін жобалау және оңтайландыру бұл әзірлемеге қызығушылық тудырды. Компания бұл әдіс дәстүрлі зымырандармен салыстырғанда бөлшектер санын 100 есе азайтатынын мәлімдейді. Сондай-ақ, компания шикізаттан 60 күн ішінде зымырандар шығара алатынын мәлімдейді. Бұл көптеген бөлшектерді бір бөлікке біріктірудің және жеткізу тізбегін айтарлықтай жеңілдетудің тамаша мысалы.
Стоматология саласында аддитивті өндіріс тәждерді, көпірлерді, хирургиялық бұрғылау шаблондарын, ішінара протездерді және тегістегіштерді жасау үшін қолданылады. Align Technology және SmileDirectClub мөлдір пластик тегістегіштерді термоформалауға арналған бөлшектерді шығару үшін 3D басып шығаруды пайдаланады. Invisalign брендінің өнімдерін өндіруші Align Technology 3D жүйелер ванналарында көптеген фотополимерлеу жүйелерін пайдаланады. 2021 жылы компания 1998 жылы FDA мақұлдауын алғаннан бері 10 миллионнан астам науқасты емдегенін мәлімдеді. Егер әдеттегі науқастың емі 10 тегістегіштен тұрса, бұл төмен баға, компания 100 миллион немесе одан да көп AM бөлшектерін шығарған. FRP бөлшектерін қайта өңдеу қиын, себебі олар термореактивті. SmileDirectClub басқа қолданбалар үшін қайта өңдеуге болатын термопластикалық бөлшектерді шығару үшін HP Multi Jet Fusion (MJF) жүйесін пайдаланады.
Тарихи тұрғыдан алғанда, VPP ортодонтиялық құрылғылар ретінде пайдалану үшін беріктік қасиеттері бар жұқа, мөлдір бөлшектерді шығара алмады. 2021 жылы LuxCreo және Graphy мүмкін шешімді шығарды. Ақпан айындағы жағдай бойынша Graphy стоматологиялық құрылғыларды тікелей 3D басып шығаруға FDA мақұлдауына ие. Егер сіз оларды тікелей басып шығарсаңыз, толық процесс қысқа, оңай және ықтимал арзан деп саналады.
БАҚ-тың көп назарын аударған алғашқы даму тұрғын үй сияқты ірі құрылыс қолданбаларында 3D басып шығаруды пайдалану болды. Көбінесе үйдің қабырғалары экструзия арқылы басылады. Үйдің барлық басқа бөліктері едендер, төбелер, шатырлар, баспалдақтар, есіктер, терезелер, тұрмыстық техника, шкафтар және үстел үсті тақтайшаларын қоса алғанда, дәстүрлі әдістер мен материалдарды пайдаланып жасалған. 3D басып шығарылған қабырғалар электр қуатын, жарықтандыруды, сантехниканы, ауа өткізгіштерді және жылыту мен ауа баптауға арналған желдеткіштерді орнату құнын арттыруы мүмкін. Бетон қабырғаның ішкі және сыртқы жағын әрлеу дәстүрлі қабырға дизайнына қарағанда қиынырақ. 3D басып шығарылған қабырғалармен үйді жаңғырту да маңызды мәселе болып табылады.
Оук Ридж ұлттық зертханасының зерттеушілері 3D басып шығарылған қабырғаларда энергияны қалай сақтау керектігін зерттеп жатыр. Құрылыс кезінде қабырғаға құбырларды салу арқылы су жылыту және салқындату үшін ағып өте алады. Бұл ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыс жобасы қызықты және инновациялық, бірақ ол әлі де дамудың бастапқы кезеңінде. Бұл ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыс жобасы қызықты және инновациялық, бірақ ол әлі де дамудың бастапқы кезеңінде.Бұл зерттеу жобасы қызықты және инновациялық, бірақ ол әлі де дамудың бастапқы сатысында.Бұл зерттеу жобасы қызықты және инновациялық, бірақ әлі де дамудың бастапқы сатысында.
Көпшілігіміз ғимарат бөлшектерін немесе басқа да ірі нысандарды 3D басып шығару экономикасымен әлі таныс емеспіз. Бұл технология ғимараттар мен сыртқы ортаға арналған кейбір көпірлерді, шатырларды, саябақ орындықтарын және сәндік элементтерді жасау үшін қолданылған. Кішкентай масштабта (бірнеше сантиметрден бірнеше метрге дейін) аддитивті өндірістің артықшылықтары ірі көлемді 3D басып шығаруға да қатысты деп есептеледі. Аддитивті өндірісті қолданудың негізгі артықшылықтарына күрделі пішіндер мен ерекшеліктерді жасау, бөлшектер санын азайту, материал мен салмақты азайту және өнімділікті арттыру жатады. Егер AM құндылық қоспаса, оның пайдалылығына күмән келтіру керек.
2021 жылдың қазан айында Stratasys компаниясы британдық өнеркәсіптік сия бүріккіш принтер өндірушісі Xaar компаниясының еншілес компаниясы Xaar 3D компаниясының қалған 55% үлесін сатып алды. Stratasys компаниясының Selective Absorbion Fusion деп аталатын полимерлі PBF технологиясы Xaar сия бүріккіш баспа бастарына негізделген. Stratasys H350 машинасы HP MJF жүйесімен бәсекелеседі.
Desktop Metal сатып алу әсерлі болды. 2021 жылдың ақпан айында компания өнеркәсіптік қоспа өндірісі жүйелерін ұзақ уақыт бойы өндіруші Envisiontec компаниясын сатып алды. 2021 жылдың мамыр айында компания икемді VPP полимерлерін әзірлеуші ​​Adaptive3D компаниясын сатып алды. 2021 жылдың шілдесінде Desktop Metal көп материалды ұнтақ жабынды қайта жабу процестерін әзірлеуші ​​Aerosint компаниясын сатып алды. Ең ірі сатып алу тамыз айында Desktop Metal бәсекелесі ExOne компаниясын 575 миллион долларға сатып алған кезде болды.
Desktop Metal компаниясының ExOne компаниясын сатып алуы металл BJT жүйелерінің екі танымал өндірушісін біріктіреді. Жалпы, технология әлі көпшіліктің ойлаған деңгейіне жеткен жоқ. Компаниялар қайталанымдылық, сенімділік және мәселелер туындаған кезде олардың түпкі себебін түсіну сияқты мәселелерді шешуді жалғастыруда. Соған қарамастан, егер мәселелер шешілсе, технологияның үлкен нарықтарға жетуіне әлі де мүмкіндік бар. 2021 жылдың шілдесінде меншікті 3D басып шығару жүйесін пайдаланатын қызмет көрсетуші 3DEO миллионыншы өнімін тұтынушыларға жеткізгенін мәлімдеді.
Бағдарламалық жасақтама және бұлтты платформа әзірлеушілері аддитивті өндіріс саласында айтарлықтай өсімді байқады. Бұл әсіресе AM құндылық тізбегін бақылайтын өнімділікті басқару жүйелеріне (MES) қатысты. 3D Systems компаниясы 2021 жылдың қыркүйегінде Oqton компаниясын 180 миллион долларға сатып алуға келісті. 2017 жылы құрылған Oqton жұмыс процесін жақсарту және AM тиімділігін арттыру үшін бұлтқа негізделген шешімдерді ұсынады. 2021 жылдың қарашасында 33,5 миллион долларға сатып алынған Link3D материалдандырылды. Oqton сияқты, Link3D бұлтты платформасы жұмысты бақылайды және AM жұмыс процесін жеңілдетеді.
2021 жылғы соңғы сатып алулардың бірі - ASTM International компаниясының Wohlers Associates компаниясын сатып алуы. Олар бірлесіп Wohlers брендін бүкіл әлемде AM кеңінен енгізілуін қолдау үшін пайдалану үшін жұмыс істеуде. ASTM AM шеберлік орталығы арқылы Wohlers Associates Wohlers есептері мен басқа да басылымдарды шығаруды, сондай-ақ кеңес беру қызметтерін, нарықты талдауды және оқытуды жалғастырады.
Аддитивті өндіріс саласы жетілді және көптеген салалар бұл технологияны кең ауқымды қолданбалар үшін пайдалануда. Бірақ 3D басып шығару өндірістің басқа түрлерінің көпшілігін алмастырмайды. Керісінше, ол жаңа өнімдер мен бизнес модельдерін жасау үшін қолданылады. Ұйымдар бөлшектердің салмағын азайту, жеткізу мерзімдері мен құралдардың құнын азайту, сондай-ақ өнімді жекешелендіру мен өнімділікті жақсарту үшін AM пайдаланады. Аддитивті өндіріс саласы жаңа компаниялардың, өнімдердің, қызметтердің, қолданбалардың және пайдалану жағдайларының пайда болуымен, көбінесе күрт жылдамдықпен, өсу траекториясын жалғастырады деп күтілуде.