Piedevu ražošana, kas pazīstama arī kā 3D drukāšana, ir turpinājusi attīstīties gandrīz 35 gadus kopš tās komerciālās izmantošanas.Aviācijas, automobiļu, aizsardzības, enerģētikas, transporta, medicīnas, zobārstniecības un plaša patēriņa nozares izmanto piedevu ražošanu plašam lietojumu klāstam.
Ar tik plašu ieviešanu ir skaidrs, ka piedevu ražošana nav universāls risinājums.Saskaņā ar ISO/ASTM 52900 terminoloģijas standartu gandrīz visas komerciālās piedevu ražošanas sistēmas ietilpst vienā no septiņām procesu kategorijām.Tajos ietilpst materiāla ekstrūzija (MEX), vannas fotopolimerizācija (VPP), pulvera slāņa saplūšana (PBF), saistvielu izsmidzināšana (BJT), materiālu izsmidzināšana (MJT), virzīta enerģijas nogulsnēšana (DED) un lokšņu laminēšana (SHL).Šeit tie ir sakārtoti pēc popularitātes, pamatojoties uz vienību pārdošanu.
Arvien lielāks skaits nozares profesionāļu, tostarp inženieri un vadītāji, mācās, kad piedevu ražošana var palīdzēt uzlabot produktu vai procesu un kad nevar.Vēsturiski galvenās iniciatīvas, lai ieviestu piedevu ražošanu, ir nākuši no inženieriem, kuriem ir pieredze šajā tehnoloģijā.Vadība redz vairāk piemēru, kā piedevu ražošana var uzlabot produktivitāti, samazināt izpildes laiku un radīt jaunas uzņēmējdarbības iespējas.AM neaizstās lielāko daļu tradicionālo ražošanas veidu, bet kļūs par daļu no uzņēmēja produktu izstrādes un ražošanas iespēju arsenāla.
Piedevu ražošanai ir plašs pielietojumu klāsts, sākot no mikrofluidikas līdz liela mēroga būvniecībai.AM priekšrocības atšķiras atkarībā no nozares, lietojuma un nepieciešamās veiktspējas.Organizācijām ir jābūt pamatotiem iemesliem AM ieviešanai neatkarīgi no lietošanas gadījuma.Visizplatītākā ir konceptuālā modelēšana, dizaina pārbaude un piemērotības un funkcionalitātes pārbaude.Arvien vairāk uzņēmumu to izmanto, lai izveidotu rīkus un lietojumprogrammas masveida ražošanai, tostarp pielāgotu produktu izstrādei.
Aviācijas un kosmosa lietojumos svars ir galvenais faktors.Saskaņā ar NASA Māršala kosmosa lidojumu centra datiem 0,45 kg smagas kravas novietošana Zemes orbītā maksā aptuveni 10 000 USD.Satelītu svara samazināšana var ietaupīt palaišanas izmaksas.Pievienotajā attēlā redzama Swissto12 metāla AM daļa, kas apvieno vairākus viļņvadus vienā daļā.Izmantojot AM, svars tiek samazināts līdz mazāk nekā 0,08 kg.
Enerģētikas nozarē visā vērtību ķēdē tiek izmantota piedevu ražošana.Dažiem uzņēmumiem AM izmantošanas biznesa iemesls ir ātri atkārtot projektus, lai pēc iespējas īsākā laikā izveidotu labāko iespējamo produktu.Naftas un gāzes nozarē bojātas detaļas vai mezgli var izmaksāt tūkstošiem dolāru vai vairāk, zaudējot produktivitāti stundā.AM izmantošana darbību atjaunošanai var būt īpaši pievilcīga.
Liels DED sistēmu ražotājs MX3D ir izlaidis cauruļu remonta rīka prototipu.Bojāts cauruļvads var izmaksāt no 100 000 līdz 1 000 000 eiro (113 157–1 131 570 USD) dienā, norāda uzņēmums.Armatūra, kas parādīta nākamajā lapā, izmanto CNC daļu kā rāmi un izmanto DED, lai metinātu caurules apkārtmēru.AM nodrošina augstu nogulsnēšanas ātrumu ar minimālu atkritumu daudzumu, savukārt CNC nodrošina nepieciešamo precizitāti.
2021. gadā uz TotalEnergies naftas platformas Ziemeļjūrā tika uzstādīts 3D drukāts ūdens korpuss.Ūdens apvalki ir būtisks elements, ko izmanto, lai kontrolētu ogļūdeņražu atgūšanu būvējamās akās.Šajā gadījumā priekšrocības, ko sniedz piedevu ražošana, ir samazināts izpildes laiks un samazinātas emisijas par 45%, salīdzinot ar tradicionālajām kaltajām ūdens apvalkiem.
Vēl viens biznesa piemērs piedevu ražošanai ir dārgu instrumentu samazināšana.Phone Scope ir izstrādājis digiskopēšanas adapterus ierīcēm, kas savieno tālruņa kameru ar teleskopu vai mikroskopu.Katru gadu tiek izlaisti jauni tālruņi, tāpēc uzņēmumiem ir jāizlaiž jauna adapteru līnija.Izmantojot AM, uzņēmums var ietaupīt naudu par dārgiem rīkiem, kas ir jānomaina, kad tiek izlaisti jauni tālruņi.
Tāpat kā ar jebkuru procesu vai tehnoloģiju, piedevu ražošanu nevajadzētu izmantot, jo tā tiek uzskatīta par jaunu vai atšķirīgu.Tas ir paredzēts, lai uzlabotu produktu izstrādes un/vai ražošanas procesus.Tam vajadzētu pievienot vērtību.Citu biznesa gadījumu piemēri ir pielāgoti produkti un masveida pielāgošana, sarežģīta funkcionalitāte, integrētas detaļas, mazāks materiāls un svars, kā arī uzlabota veiktspēja.
Lai AM realizētu savu izaugsmes potenciālu, ir jārisina izaicinājumi.Lielākajai daļai ražošanas lietojumu procesam jābūt uzticamam un reproducējamam.Palīdzēs turpmākās detaļu un balstu materiāla noņemšanas un pēcapstrādes automatizācijas metodes.Automatizācija arī palielina produktivitāti un samazina izmaksas par vienu daļu.
Viena no interesantākajām jomām ir pēcapstrādes automatizācija, piemēram, pulvera noņemšana un apdare.Automatizējot lietojumprogrammu masveida ražošanas procesu, vienu un to pašu tehnoloģiju var atkārtot tūkstošiem reižu.Problēma ir tā, ka konkrētas automatizācijas metodes var atšķirties atkarībā no daļas veida, izmēra, materiāla un procesa.Piemēram, automatizēto zobu kroņu pēcapstrāde ļoti atšķiras no raķešu dzinēju detaļu apstrādes, lai gan abas var būt izgatavotas no metāla.
Tā kā daļas ir optimizētas AM, bieži tiek pievienotas uzlabotas funkcijas un iekšējie kanāli.PBF galvenais mērķis ir noņemt 100% pulvera.Solukon ražo automātiskās pulvera noņemšanas sistēmas.Uzņēmums ir izstrādājis tehnoloģiju ar nosaukumu Smart Powder Recovery (SRP), kas rotē un vibrē metāla daļas, kas joprojām ir piestiprinātas pie konstrukcijas plāksnes.Rotāciju un vibrāciju kontrolē detaļas CAD modelis.Precīzi kustinot un kratot detaļas, notvertais pulveris plūst gandrīz kā šķidrums.Šī automatizācija samazina roku darbu un var uzlabot pulvera noņemšanas uzticamību un atkārtojamību.
Manuālās pulvera noņemšanas problēmas un ierobežojumi var ierobežot AM izmantošanu masveida ražošanā pat nelielos daudzumos.Solukon metāla pulvera noņemšanas sistēmas var darboties inertā atmosfērā un savākt neizmantoto pulveri atkārtotai izmantošanai AM mašīnās.Solukon veica klientu aptauju un 2021. gada decembrī publicēja pētījumu, kurā parādīts, ka divas lielākās problēmas ir arodveselība un reproducējamība.
Manuāla pulvera noņemšana no PBF sveķu struktūrām var būt laikietilpīga.Tādi uzņēmumi kā DyeMansion un PostProcess Technologies veido pēcapstrādes sistēmas, lai automātiski noņemtu pulveri.Daudzas piedevu ražošanas daļas var ievietot sistēmā, kas apgriež un izstumj barotni, lai noņemtu lieko pulveri.HP ir sava sistēma, kas no Jet Fusion 5200 korpusa kameras izņem pulveri 20 minūšu laikā.Sistēma uzglabā neizkausētu pulveri atsevišķā konteinerā atkārtotai izmantošanai vai pārstrādei citiem lietojumiem.
Uzņēmumi var gūt labumu no automatizācijas, ja to var izmantot lielākajā daļā pēcapstrādes darbību.DyeMansion piedāvā sistēmas pulvera noņemšanai, virsmas sagatavošanai un krāsošanai.PowerFuse S sistēma ielādē detaļas, tvaicē gludās detaļas un izkrauj tās.Uzņēmums nodrošina nerūsējošā tērauda plauktu detaļu pakarināšanai, kas tiek veikta ar rokām.PowerFuse S sistēma var radīt virsmu, kas līdzīga iesmidzināšanas veidnei.
Lielākais izaicinājums, ar ko saskaras nozare, ir izprast automatizācijas piedāvātās reālās iespējas.Ja ir jāizgatavo miljons polimēru detaļu, tradicionālie liešanas vai formēšanas procesi var būt labākais risinājums, lai gan tas ir atkarīgs no detaļas.AM bieži ir pieejams pirmajam ražošanas ciklam instrumentu ražošanā un testēšanā.Izmantojot automatizētu pēcapstrādi, tūkstošiem detaļu var uzticami un reproducējami ražot, izmantojot AM, taču tā ir specifiska daļai un var būt nepieciešams pielāgots risinājums.
AM nav nekāda sakara ar rūpniecību.Daudzas organizācijas piedāvā interesantus pētniecības un izstrādes rezultātus, kas var novest pie produktu un pakalpojumu pareizas darbības.Aviācijas un kosmosa nozarē Relativity Space ražo vienu no lielākajām metāla piedevu ražošanas sistēmām, izmantojot patentētu DED tehnoloģiju, ko uzņēmums cer izmantot, lai ražotu lielāko daļu savu raķešu.Tās Terran 1 raķete var nogādāt zemajā Zemes orbītā 1250 kg smagu kravu.Relativity plāno palaist izmēģinājuma raķeti 2022. gada vidū un jau plāno lielāku, atkārtoti lietojamu raķeti ar nosaukumu Terran R.
Relativitātes kosmosa raķetes Terran 1 un R ir novatorisks veids, kā no jauna iztēloties, kā varētu izskatīties nākotnes lidojumi kosmosā.Dizains un optimizācija piedevu ražošanai izraisīja interesi par šo attīstību.Uzņēmums apgalvo, ka šī metode, salīdzinot ar tradicionālajām raķetēm, samazina detaļu skaitu 100 reizes.Uzņēmums arī apgalvo, ka var ražot raķetes no izejvielām 60 dienu laikā.Šis ir lielisks piemērs, kā apvienot daudzas daļas vienā un ievērojami vienkāršot piegādes ķēdi.
Zobārstniecības nozarē piedevu ražošanu izmanto, lai izgatavotu kroņus, tiltus, ķirurģiskās urbšanas veidnes, daļējas protēzes un izlīdzinātājus.Align Technology un SmileDirectClub izmanto 3D drukāšanu, lai ražotu detaļas termoformēšanai caurspīdīgas plastmasas līdzinātājiem.Uzņēmums Align Technology, Invisalign zīmolu produktu ražotājs, izmanto daudzas fotopolimerizācijas sistēmas 3D Systems vannās.2021. gadā uzņēmums paziņoja, ka kopš FDA apstiprinājuma saņemšanas 1998. gadā ir ārstējis vairāk nekā 10 miljonus pacientu. Ja tipiska pacienta ārstēšana sastāv no 10 līdzinātājiem, kas ir zems aprēķins, uzņēmums ir saražojis 100 miljonus vai vairāk AM detaļu.FRP daļas ir grūti pārstrādāt, jo tās ir termoreaktīvas.SmileDirectClub izmanto HP Multi Jet Fusion (MJF) sistēmu, lai ražotu termoplastiskas detaļas, kuras var pārstrādāt citiem lietojumiem.
Vēsturiski VPP nav spējis ražot plānas, caurspīdīgas detaļas ar stiprības īpašībām izmantošanai kā ortodontiskās ierīces.2021. gadā LuxCreo un Graphy izlaida iespējamo risinājumu.No februāra Graphy ir FDA apstiprinājums tiešai zobārstniecības ierīču 3D drukāšanai.Ja drukājat tos tieši, pilnīgais process tiek uzskatīts par īsāku, vienkāršāku un, iespējams, lētāku.
Agrīna attīstība, kas saņēma lielu plašsaziņas līdzekļu uzmanību, bija 3D drukāšanas izmantošana liela mēroga būvniecības vajadzībām, piemēram, mājokļiem.Bieži vien mājas sienas tiek apdrukātas ar ekstrūzijas palīdzību.Visas pārējās mājas daļas tika izgatavotas, izmantojot tradicionālās metodes un materiālus, tostarp grīdas, griestus, jumtus, kāpnes, durvis, logus, ierīces, skapjus un darba virsmas.3D drukātas sienas var palielināt elektrības, apgaismojuma, santehnikas, cauruļvadu un ventilācijas atveru ierīkošanas izmaksas apkurei un gaisa kondicionēšanai.Betona sienas iekšpuses un ārpuses apdare ir grūtāka nekā ar tradicionālo sienas dizainu.Svarīgs apsvērums ir arī mājas modernizācija ar 3D drukātām sienām.
Oak Ridge Nacionālās laboratorijas pētnieki pēta, kā uzglabāt enerģiju 3D drukātajās sienās.Būvniecības laikā sienā ievietojot caurules, caur to var plūst ūdens apkurei un dzesēšanai. Šis pētniecības un attīstības projekts ir interesants un novatorisks, taču tas joprojām ir attīstības sākuma stadijā. Šis pētniecības un attīstības projekts ir interesants un novatorisks, taču tas joprojām ir attīstības sākuma stadijā.Šis pētniecības projekts ir interesants un novatorisks, taču tas joprojām ir attīstības sākuma stadijā.Šis pētniecības projekts ir interesants un novatorisks, taču joprojām ir attīstības sākumposmā.
Lielākā daļa no mums vēl nav iepazinušies ar ēku detaļu vai citu lielu objektu 3D drukāšanas ekonomiku.Tehnoloģija izmantota dažu tiltu, nojumju, parka soliņu un dekoratīvo elementu izgatavošanai ēkām un āra videi.Tiek uzskatīts, ka piedevu ražošanas priekšrocības mazos mērogos (no dažiem centimetriem līdz vairākiem metriem) attiecas uz liela mēroga 3D drukāšanu.Galvenie ieguvumi, izmantojot piedevu ražošanu, ir sarežģītu formu un īpašību radīšana, detaļu skaita samazināšana, materiāla un svara samazināšana un produktivitātes palielināšana.Ja AM nedod pievienoto vērtību, būtu jāšaubās par tā lietderību.
2021. gada oktobrī Stratasys iegādājās atlikušos 55% Xaar 3D, Lielbritānijas rūpniecisko tintes printeru ražotāja Xaar meitasuzņēmuma.Stratasys polimēru PBF tehnoloģija, ko sauc par Selective Absorbion Fusion, ir balstīta uz Xaar tintes drukas galviņām.Stratasys H350 iekārta konkurē ar HP MJF sistēmu.
Desktop Metal pirkšana bija iespaidīga.2021. gada februārī uzņēmums iegādājās Envisiontec, ilggadēju rūpniecisko piedevu ražošanas sistēmu ražotāju.2021. gada maijā uzņēmums iegādājās elastīgo VPP polimēru izstrādātāju Adaptive3D.2021. gada jūlijā Desktop Metal iegādājās uzņēmumu Aerosint, kas ir vairāku materiālu pulvera pārklājuma pārklāšanas procesu izstrādātājs.Lielākais pirkums notika augustā, kad Desktop Metal par 575 miljoniem ASV dolāru iegādājās konkurentu ExOne.
ExOne iegāde Desktop Metal apvieno divus slavenus metāla BJT sistēmu ražotājus.Kopumā tehnoloģija vēl nav sasniegusi tādu līmeni, kā daudzi uzskata.Uzņēmumi turpina risināt tādus jautājumus kā atkārtojamība, uzticamība un izpratne par problēmu cēloņiem, tiklīdz tās rodas.Tomēr, ja problēmas tiek atrisinātas, tehnoloģijai joprojām ir iespēja sasniegt lielākos tirgus.2021. gada jūlijā 3DEO, pakalpojumu sniedzējs, kas izmanto patentētu 3D drukāšanas sistēmu, paziņoja, ka ir nosūtījis klientiem vienu miljono daļu.
Programmatūras un mākoņu platformu izstrādātāji ir piedzīvojuši ievērojamu izaugsmi piedevu ražošanas nozarē.Tas jo īpaši attiecas uz veiktspējas pārvaldības sistēmām (MES), kas izseko AM vērtību ķēdi.3D Systems piekrita iegādāties Oqton 2021. gada septembrī par USD 180 miljoniem.2017. gadā dibinātais uzņēmums Oqton nodrošina uz mākoņiem balstītus risinājumus, lai uzlabotu darbplūsmu un uzlabotu AM efektivitāti.Materialize iegādājās Link3D 2021. gada novembrī par USD 33,5 miljoniem.Tāpat kā Oqton, arī Link3D mākoņa platforma izseko darbu un vienkāršo AM darbplūsmu.
Viens no jaunākajiem pirkumiem 2021. gadā ir ASTM International veiktā Wohlers Associates iegāde.Kopā viņi strādā, lai piesaistītu Wohlers zīmolu, lai atbalstītu plašāku AM ieviešanu visā pasaulē.Ar ASTM AM izcilības centra starpniecību Wohlers Associates turpinās izstrādāt Wohlers ziņojumus un citas publikācijas, kā arī sniegs konsultāciju pakalpojumus, tirgus analīzi un apmācību.
Piedevu ražošanas nozare ir nobriedusi, un daudzas nozares izmanto tehnoloģiju plašam lietojumu klāstam.Taču 3D drukāšana neaizstās lielāko daļu citu ražošanas veidu.Tā vietā to izmanto, lai radītu jaunus produktu veidus un uzņēmējdarbības modeļus.Organizācijas izmanto AM, lai samazinātu detaļu svaru, samazinātu izpildes laiku un instrumentu izmaksas, kā arī uzlabotu produktu personalizēšanu un veiktspēju.Sagaidāms, ka piedevu ražošanas nozare turpinās savu izaugsmes trajektoriju, parādoties jauniem uzņēmumiem, produktiem, pakalpojumiem, lietojumprogrammām un lietošanas gadījumiem, bieži vien milzīgā ātrumā.