Adityvioji gamyba, dar vadinama 3D spausdinimu, nuo pat komercinio naudojimo vystėsi beveik 35 metus. Aviacijos ir kosmoso, automobilių, gynybos, energetikos, transporto, medicinos, odontologijos ir vartojimo pramonės šakose adityvioji gamyba naudojama įvairiems tikslams.
Esant tokiam plačiai paplitusiam pritaikymui, akivaizdu, kad adityvioji gamyba nėra universalus sprendimas. Pagal ISO/ASTM 52900 terminologijos standartą, beveik visos komercinės adityviosios gamybos sistemos priskiriamos vienai iš septynių procesų kategorijų. Tai apima medžiagų ekstruziją (MEX), fotopolimerizaciją vonioje (VPP), lydymą milteliniame sluoksnyje (PBF), rišiklio purškimą (BJT), medžiagų purškimą (MJT), kryptingą energijos nusodinimą (DED) ir lakštų laminavimą (SHL). Čia jos surūšiuotos pagal populiarumą, remiantis vienetų pardavimais.
Vis daugiau pramonės specialistų, įskaitant inžinierius ir vadovus, mokosi, kada pridėtinė gamyba gali padėti patobulinti produktą ar procesą, o kada ne. Istoriškai pagrindinės pridėtinės gamybos diegimo iniciatyvos kilo iš inžinierių, turinčių patirties su šia technologija. Vadovybė mato daugiau pavyzdžių, kaip pridėtinė gamyba gali padidinti našumą, sutrumpinti gamybos laiką ir sukurti naujų verslo galimybių. Addityvi gamyba nepakeis daugumos tradicinių gamybos formų, bet taps verslininko produktų kūrimo ir gamybos pajėgumų arsenalo dalimi.
Adityvioji gamyba turi platų pritaikymo spektrą – nuo ​​mikrofluidikos iki didelio masto konstrukcijų. AM privalumai skiriasi priklausomai nuo pramonės šakos, taikymo ir reikiamo našumo. Organizacijos turi turėti svarių priežasčių diegti AM, nepriklausomai nuo naudojimo atvejo. Dažniausiai tai yra koncepcinis modeliavimas, projektavimo patikrinimas ir tinkamumo bei funkcionalumo patikrinimas. Vis daugiau įmonių ją naudoja kurdamos įrankius ir programas masinei gamybai, įskaitant individualių produktų kūrimą.
Kosmoso ir aviacijos reikmėms svoris yra pagrindinis veiksnys. NASA Maršalo kosminių skrydžių centro duomenimis, 0,45 kg sveriančio naudingojo krovinio iškėlimas į Žemės orbitą kainuoja apie 10 000 USD. Sumažinus palydovų svorį, galima sutaupyti paleidimo išlaidų. Pridedamame paveikslėlyje parodyta metalinė „Swissto12“ AM dalis, kurioje keli bangolaidžiai sujungiami į vieną dalį. Naudojant AM, svoris sumažinamas iki mažiau nei 0,08 kg.
Adityvioji gamyba naudojama visoje energetikos pramonės vertės grandinėje. Kai kurioms įmonėms verslo planas naudoti adityviąją gamybą yra greitai kartoti projektus, kad per trumpiausią laiką būtų sukurtas geriausias įmanomas produktas. Naftos ir dujų pramonėje pažeistos dalys ar mazgai gali kainuoti tūkstančius dolerių ar daugiau dėl prarasto našumo per valandą. AM naudojimas veiklai atkurti gali būti ypač patrauklus.
Pagrindinis DED sistemų gamintojas „MX3D“ išleido vamzdžių remonto įrankio prototipą. Pasak bendrovės, pažeistas vamzdynas gali kainuoti nuo 100 000 iki 1 000 000 eurų (113 157–1 131 570 JAV dolerių) per dieną. Kitame puslapyje parodytame įrenginyje kaip rėmas naudojama CNC dalis, o vamzdžio perimetrui suvirinti naudojama DED technologija. AM technologija užtikrina didelį nuosėdų kiekį su minimaliomis atliekomis, o CNC technologija – reikiamą tikslumą.
2021 m. Šiaurės jūroje esančioje „TotalEnergies“ naftos platformoje buvo sumontuotas 3D spausdintas vandens apvalkalas. Vandens apvalkalai yra labai svarbus elementas, naudojamas kontroliuojant angliavandenilių gavybą statomuose gręžiniuose. Šiuo atveju, palyginti su tradiciniais kaltiniais vandens apvalkalais, adityviosios gamybos privalumai yra trumpesnis gamybos laikas ir 45 % mažesnės išmetamųjų teršalų emisijos.
Kitas pridėtinės gamybos verslo atvejis – brangių įrankių mažinimas. „Phone Scope“ sukūrė skaitmeninio stebėjimo adapterius įrenginiams, kurie jungia telefono kamerą prie teleskopo ar mikroskopo. Kiekvienais metais išleidžiami nauji telefonai, todėl įmonės turi išleisti naują adapterių liniją. Naudodama pridėtinę gamybą (AM), įmonė gali sutaupyti pinigų brangiems įrankiams, kuriuos reikia pakeisti išleidus naujus telefonus.
Kaip ir bet kurio proceso ar technologijos atveju, priedinė gamyba neturėtų būti naudojama, nes ji laikoma nauja ar skirtinga. Tai daroma siekiant pagerinti produktų kūrimą ir (arba) gamybos procesus. Ji turėtų pridėti vertės. Kiti verslo atvejų pavyzdžiai: individualūs produktai ir masinis pritaikymas, sudėtingas funkcionalumas, integruotos dalys, mažesnis medžiagų ir svorio kiekis bei geresnis našumas.
Kad adityvioji gamyba (AM) realizuotų savo augimo potencialą, reikia spręsti iššūkius. Daugumoje gamybos sričių procesas turi būti patikimas ir atkartojamo pobūdžio. Tai padės vėlesni detalių ir atramų medžiagų pašalinimo bei papildomo apdorojimo automatizavimo metodai. Automatizavimas taip pat padidina našumą ir sumažina detalės kainą.
Viena iš labiausiai dominančių sričių yra papildomo apdorojimo automatizavimas, pavyzdžiui, miltelių šalinimas ir apdaila. Automatizuojant masinės gamybos procesą, tą pačią technologiją galima pakartoti tūkstančius kartų. Problema ta, kad konkretūs automatizavimo metodai gali skirtis priklausomai nuo detalės tipo, dydžio, medžiagos ir proceso. Pavyzdžiui, automatizuotų dantų vainikėlių papildomas apdorojimas labai skiriasi nuo raketinių variklių dalių apdorojimo, nors abi gali būti pagamintos iš metalo.
Kadangi dalys yra optimizuotos addityviajai gamybai (AM), dažnai pridedamos pažangesnės funkcijos ir vidiniai kanalai. PBF atveju pagrindinis tikslas yra pašalinti 100 % miltelių. „Solukon“ gamina automatines miltelių šalinimo sistemas. Įmonė sukūrė technologiją, vadinamą „Smart Powder Recovery“ (SRP), kuri suka ir vibruoja metalines dalis, kurios vis dar pritvirtintos prie formavimo plokštės. Sukimasis ir vibracija valdomi detalės CAD modeliu. Tiksliai judinant ir purtant detales, surinkti milteliai teka beveik kaip skystis. Ši automatizacija sumažina rankinį darbą ir gali pagerinti miltelių šalinimo patikimumą bei atkuriamumą.
Rankinio miltelių šalinimo problemos ir apribojimai gali apriboti AM naudojimo masinei gamybai perspektyvas, net ir mažais kiekiais. „Solukon“ metalo miltelių šalinimo sistemos gali veikti inertinėje atmosferoje ir surinkti nepanaudotus miltelius pakartotiniam naudojimui AM mašinose. „Solukon“ atliko klientų apklausą ir 2021 m. gruodžio mėn. paskelbė tyrimą, kuriame teigiama, kad du didžiausi rūpesčiai yra darbuotojų sveikata ir atkuriamumas.
Rankinis miltelių šalinimas iš PBF dervos struktūrų gali užimti daug laiko. Tokios įmonės kaip „DyeMansion“ ir „PostProcess Technologies“ kuria papildomo apdorojimo sistemas, skirtas automatiškai pašalinti miltelius. Daugelį priedų gamybos dalių galima įdėti į sistemą, kuri apverčia ir išstumia terpę, kad pašalintų miltelių perteklių. HP turi savo sistemą, kuri, kaip teigiama, per 20 minučių pašalina miltelius iš „Jet Fusion 5200“ gamybos kameros. Sistema laiko neištirpusius miltelius atskirame konteineryje, kad juos būtų galima pakartotinai panaudoti arba perdirbti kitoms reikmėms.
Įmonės gali pasinaudoti automatizavimo privalumais, jei jį galima taikyti daugumai papildomo apdorojimo etapų. „DyeMansion“ siūlo sistemas miltelių šalinimui, paviršiaus paruošimui ir dažymui. „PowerFuse S“ sistema pakrauna detales, garina lygias detales ir jas iškrauna. Įmonė tiekia nerūdijančio plieno stovą detalėms pakabinti, o tai daroma rankiniu būdu. „PowerFuse S“ sistema gali sukurti paviršių, panašų į liejimo formą.
Didžiausias iššūkis, su kuriuo susiduria pramonė, yra suprasti realias automatizavimo galimybes. Jei reikia pagaminti milijoną polimerinių detalių, tradiciniai liejimo ar formavimo procesai gali būti geriausias sprendimas, nors tai priklauso nuo detalės. AM dažnai prieinama pirmajai įrankių gamybos ir bandymo serijai. Automatizuoto papildomo apdorojimo dėka tūkstančiai detalių gali būti pagaminti patikimai ir atkartojamai naudojant AM, tačiau tai yra specifinė detalė ir gali reikėti individualaus sprendimo.
AM neturi nieko bendra su pramone. Daugelis organizacijų pateikia įdomių tyrimų ir plėtros rezultatų, kurie gali padėti užtikrinti tinkamą produktų ir paslaugų veikimą. Aviacijos ir kosmoso pramonėje „Relativity Space“ gamina vieną didžiausių metalo pridėtinės gamybos sistemų, naudodama patentuotą DED technologiją, kurią bendrovė tikisi naudoti gamindama daugumą savo raketų. Jos raketa „Terran 1“ gali nugabenti 1250 kg naudingąjį krovinį į žemąją Žemės orbitą. „Relativity“ planuoja paleisti bandomąją raketą 2022 m. viduryje ir jau planuoja didesnę, daugkartinio naudojimo raketą, vadinamą „Terran R“.
„Relativity Space“ raketos „Terran 1“ ir „R“ yra novatoriškas būdas iš naujo įsivaizduoti, kaip galėtų atrodyti ateities kosminiai skrydžiai. Šiuo projektu susidomėjo adityviosios gamybos projektavimas ir optimizavimas. Bendrovė teigia, kad šis metodas 100 kartų sumažina dalių skaičių, palyginti su tradicinėmis raketomis. Bendrovė taip pat teigia, kad gali pagaminti raketas iš žaliavų per 60 dienų. Tai puikus pavyzdys, kaip sujungti daugybę dalių į vieną ir gerokai supaprastinti tiekimo grandinę.
Odontologijos pramonėje adityvioji gamyba naudojama vainikėliams, tiltams, chirurginių gręžimo šablonams, daliniams protezams ir kapoms gaminti. „Align Technology“ ir „SmileDirectClub“ naudoja 3D spausdinimą, kad gamintų dalis, skirtas skaidraus plastiko kapoms termiškai formuoti. „Align Technology“, „Invisalign“ prekės ženklo produktų gamintoja, naudoja daugelį fotopolimerizacijos sistemų „3D Systems“ voniose. 2021 m. bendrovė teigė, kad nuo 1998 m., kai gavo FDA patvirtinimą, ji gydė daugiau nei 10 milijonų pacientų. Jei tipiško paciento gydymą sudaro 10 kapų, o tai yra mažas įvertinimas, bendrovė pagamino 100 milijonų ar daugiau AM dalių. FRP dalis sunku perdirbti, nes jos yra termoreaktyvios. „SmileDirectClub“ naudoja HP ​​Multi Jet Fusion (MJF) sistemą, kad gamintų termoplastines dalis, kurias galima perdirbti kitoms reikmėms.
Istoriškai VPP negalėjo pagaminti plonų, skaidrių, tvirtų detalių, skirtų naudoti kaip ortodontiniai prietaisai. 2021 m. „LuxCreo“ ir „Graphy“ pristatė galimą sprendimą. Nuo vasario mėnesio „Graphy“ turi FDA patvirtinimą tiesioginiam odontologinių prietaisų 3D spausdinimui. Jei spausdinate juos tiesiogiai, visas procesas laikomas trumpesniu, paprastesniu ir potencialiai pigesniu.
Ankstyvasis pokytis, sulaukęs daug žiniasklaidos dėmesio, buvo 3D spausdinimo naudojimas didelio masto statybose, tokiose kaip būstai. Dažnai namo sienos spausdinamos ekstruzijos būdu. Visos kitos namo dalys, įskaitant grindis, lubas, stogus, laiptus, duris, langus, prietaisus, spinteles ir stalviršius, buvo pagamintos naudojant tradicinius metodus ir medžiagas. 3D spausdintos sienos gali padidinti elektros, apšvietimo, santechnikos, ortakių ir šildymo bei oro kondicionavimo ventiliacijos angų įrengimo išlaidas. Betoninės sienos vidaus ir išorės apdaila yra sudėtingesnė nei naudojant tradicinį sienų dizainą. Namo modernizavimas naudojant 3D spausdintas sienas taip pat yra svarbus aspektas.
Oak Ridge nacionalinės laboratorijos tyrėjai tiria, kaip kaupti energiją 3D spausdintose sienose. Statybos metu į sieną įkišus vamzdžius, per ją gali tekėti vanduo, kuris šildo ir vėsina sieną. Šis mokslinių tyrimų ir plėtros projektas yra įdomus ir novatoriškas, tačiau jis vis dar yra ankstyvoje vystymosi stadijoje. Šis mokslinių tyrimų ir plėtros projektas yra įdomus ir novatoriškas, tačiau jis vis dar yra ankstyvoje vystymosi stadijoje.Šis tyrimų projektas yra įdomus ir novatoriškas, tačiau jis vis dar yra ankstyvosiose vystymosi stadijose.Šis tyrimų projektas yra įdomus ir novatoriškas, tačiau vis dar yra ankstyvosiose vystymosi stadijose.
Dauguma mūsų dar nesame susipažinę su pastatų dalių ar kitų didelių objektų 3D spausdinimo ekonomika. Ši technologija buvo naudojama gaminant kai kuriuos tiltus, tentus, parkų suolus ir dekoratyvinius elementus pastatams bei lauko aplinkai. Manoma, kad priedinės gamybos privalumai mažais masteliais (nuo kelių centimetrų iki kelių metrų) taikomi ir didelio masto 3D spausdinimui. Pagrindiniai priedinės gamybos naudojimo privalumai yra sudėtingų formų ir elementų kūrimas, dalių skaičiaus mažinimas, medžiagų ir svorio mažinimas bei našumo didinimas. Jei priedinė gamyba neprideda vertės, reikėtų suabejoti jos naudingumu.
2021 m. spalį „Stratasys“ įsigijo likusius 55 % „Xaar 3D“, Didžiosios Britanijos pramoninių rašalinių spausdintuvų gamintojo „Xaar“ dukterinės įmonės, akcijų. „Stratasys“ polimerinė PBF technologija, vadinama „Selective Absorbion Fusion“, pagrįsta „Xaar“ rašalinių spausdintuvų spausdinimo galvutėmis. „Stratasys H350“ įrenginys konkuruoja su HP MJF sistema.
„Desktop Metal“ įsigijimas buvo įspūdingas. 2021 m. vasarį bendrovė įsigijo „Envisiontec“ – ilgametę pramoninių pridėtinės gamybos sistemų gamintoją. 2021 m. gegužę bendrovė įsigijo „Adaptive3D“ – lanksčių VPP polimerų kūrėją. 2021 m. liepą „Desktop Metal“ įsigijo „Aerosint“ – daugiamedžiagių miltelinio dažymo ir perdažymo procesų kūrėją. Didžiausias įsigijimas įvyko rugpjūtį, kai „Desktop Metal“ už 575 mln. USD įsigijo konkurentę „ExOne“.
„Desktop Metal“ įsigijus „ExOne“, susijungia du žinomi metalinių BJT sistemų gamintojai. Apskritai technologija dar nepasiekė tokio lygio, kokį daugelis mano. Įmonės ir toliau sprendžia tokius klausimus kaip pakartojamumas, patikimumas ir problemų priežasčių supratimas joms iškylant. Nepaisant to, jei problemos bus išspręstos, technologija vis dar turės galimybių pasiekti didesnes rinkas. 2021 m. liepos mėn. „3DEO“, paslaugų teikėja, naudojanti patentuotą 3D spausdinimo sistemą, pranešė, kad klientams išsiuntė milijoninį vienetą.
Programinės įrangos ir debesijos platformų kūrėjai pastebėjo didelį augimą pridėtinės gamybos pramonėje. Tai ypač pasakytina apie veiklos valdymo sistemas (MES), kurios seka AM vertės grandinę. „3D Systems“ 2021 m. rugsėjį susitarė įsigyti „Oqton“ už 180 mln. USD. Įkurta 2017 m., „Oqton“ teikia debesijos sprendimus, skirtus darbo eigai gerinti ir AM efektyvumui didinti. „Materialize“ 2021 m. lapkritį įsigijo „Link3D“ už 33,5 mln. USD. Kaip ir „Oqton“, „Link3D“ debesijos platforma seka darbą ir supaprastina AM darbo eigą.
Vienas iš naujausių 2021 m. įsigijimų yra „ASTM International“ įsigyta „Wohlers Associates“. Kartu jos dirba siekdamos panaudoti „Wohlers“ prekės ženklą, kad paremtų platesnį adityviosios gamybos (AM) diegimą visame pasaulyje. Per ASTM AM kompetencijos centrą „Wohlers Associates“ toliau rengs „Wohlers“ ataskaitas ir kitus leidinius, taip pat teiks konsultavimo paslaugas, rinkos analizę ir mokymus.
Adityviosios gamybos pramonė subrendo ir daugelis pramonės šakų naudoja šią technologiją įvairioms reikmėms. Tačiau 3D spausdinimas nepakeis daugumos kitų gamybos formų. Vietoj to, jis naudojamas kuriant naujų tipų produktus ir verslo modelius. Organizacijos naudoja adityviąją gamybą, kad sumažintų detalių svorį, sutrumpintų gamybos laiką ir įrankių kainą, pagerintų produktų suasmeninimą ir našumą. Tikimasi, kad adityviosios gamybos pramonė ir toliau augs, atsirasdama naujų įmonių, produktų, paslaugų, programų ir naudojimo atvejų, dažnai stulbinamu greičiu.