Pembuatan bahan tambahan, juga dikenali sebagai percetakan 3D, telah terus berkembang selama hampir 35 tahun sejak penggunaannya secara komersial. Industri aeroangkasa, automotif, pertahanan, tenaga, pengangkutan, perubatan, pergigian dan pengguna menggunakan pembuatan bahan tambahan untuk pelbagai aplikasi.
Dengan penerimaan meluas sedemikian, jelaslah bahawa pembuatan bahan tambahan bukanlah penyelesaian yang sesuai untuk semua. Menurut piawaian terminologi ISO/ASTM 52900, hampir semua sistem pembuatan bahan tambahan komersial tergolong dalam salah satu daripada tujuh kategori proses. Ini termasuk penyemperitan bahan (MEX), fotopolimerisasi mandian (VPP), gabungan lapisan serbuk (PBF), penyemburan pengikat (BJT), penyemburan bahan (MJT), pemendapan tenaga terarah (DED), dan laminasi kepingan (SHL). Di sini ia disusun mengikut populariti berdasarkan jualan unit.
Semakin ramai profesional industri, termasuk jurutera dan pengurus, sedang mempelajari bila pembuatan bahan tambahan boleh membantu menambah baik produk atau proses dan bila ia tidak boleh. Dari segi sejarah, inisiatif utama untuk melaksanakan pembuatan bahan tambahan datang daripada jurutera yang berpengalaman dengan teknologi tersebut. Pihak pengurusan melihat lebih banyak contoh bagaimana pembuatan bahan tambahan boleh meningkatkan produktiviti, mengurangkan masa tunggu dan mewujudkan peluang perniagaan baharu. AM tidak akan menggantikan kebanyakan bentuk pembuatan tradisional, tetapi akan menjadi sebahagian daripada senjata usahawan dalam pembangunan produk dan keupayaan pembuatan.
Pembuatan bahan tambahan mempunyai pelbagai aplikasi, daripada mikrofluidik hingga pembinaan berskala besar. Manfaat AM berbeza mengikut industri, aplikasi dan prestasi yang diperlukan. Organisasi mesti mempunyai alasan yang kukuh untuk melaksanakan AM, tanpa mengira kes penggunaannya. Yang paling biasa ialah pemodelan konseptual, pengesahan reka bentuk dan pengesahan kesesuaian dan fungsi. Semakin banyak syarikat menggunakannya untuk mencipta alatan dan aplikasi untuk pengeluaran besar-besaran, termasuk pembangunan produk tersuai.
Bagi aplikasi aeroangkasa, berat merupakan faktor utama. Menurut Pusat Penerbangan Angkasa Marshall NASA, kosnya kira-kira $10,000 untuk meletakkan muatan 0.45kg ke orbit Bumi. Mengurangkan berat satelit boleh menjimatkan kos pelancaran. Imej yang dilampirkan menunjukkan bahagian AM logam Swissto12 yang menggabungkan beberapa pandu gelombang ke dalam satu bahagian. Dengan AM, beratnya dikurangkan kepada kurang daripada 0.08 kg.
Pembuatan bahan tambahan digunakan di seluruh rantaian nilai dalam industri tenaga. Bagi sesetengah syarikat, kes perniagaan untuk menggunakan AM adalah untuk mengulang projek dengan cepat bagi menghasilkan produk terbaik dalam masa yang sesingkat mungkin. Dalam industri minyak dan gas, bahagian atau pemasangan yang rosak boleh menyebabkan kehilangan produktiviti sehingga beribu-ribu dolar atau lebih setiap jam. Menggunakan AM untuk memulihkan operasi boleh menjadi sangat menarik.
Sebuah pengeluar utama sistem DED MX3D telah mengeluarkan prototaip alat pembaikan paip. Saluran paip yang rosak boleh menelan kos antara €100,000 dan €1,000,000 ($113,157-$1,131,570) sehari, menurut syarikat itu. Lekapan yang ditunjukkan pada halaman seterusnya menggunakan bahagian CNC sebagai bingkai dan menggunakan DED untuk mengimpal lilitan paip. AM menyediakan kadar pemendapan yang tinggi dengan pembaziran yang minimum, manakala CNC memberikan ketepatan yang diperlukan.
Pada tahun 2021, selongsong air bercetak 3D telah dipasang pada pelantar minyak TotalEnergies di Laut Utara. Jaket air merupakan elemen penting yang digunakan untuk mengawal pemulihan hidrokarbon dalam telaga yang sedang dibina. Dalam kes ini, faedah menggunakan pembuatan bahan tambahan adalah pengurangan masa tunggu dan pengurangan pelepasan sebanyak 45% berbanding jaket air tempa tradisional.
Satu lagi kes perniagaan untuk pembuatan bahan tambahan ialah pengurangan perkakasan yang mahal. Phone Scope telah membangunkan penyesuai digiscoping untuk peranti yang menyambungkan kamera telefon anda ke teleskop atau mikroskop. Telefon baharu dikeluarkan setiap tahun, yang memerlukan syarikat mengeluarkan rangkaian penyesuai baharu. Dengan menggunakan AM, sesebuah syarikat boleh menjimatkan wang ke atas alatan mahal yang perlu diganti apabila telefon baharu dikeluarkan.
Seperti mana-mana proses atau teknologi, pembuatan bahan tambahan tidak boleh digunakan kerana ia dianggap baharu atau berbeza. Ini adalah untuk menambah baik pembangunan produk dan/atau proses pembuatan. Ia harus menambah nilai. Contoh kes perniagaan lain termasuk produk tersuai dan penyesuaian besar-besaran, fungsi yang kompleks, bahagian bersepadu, kurang bahan dan berat, dan prestasi yang lebih baik.
Agar AM merealisasikan potensi pertumbuhannya, cabaran perlu ditangani. Bagi kebanyakan aplikasi pembuatan, proses tersebut mestilah andal dan boleh dihasilkan semula. Kaedah seterusnya untuk mengautomasikan penyingkiran bahan bahagian dan sokongan serta pemprosesan pasca akan membantu. Automasi juga meningkatkan produktiviti dan mengurangkan kos setiap bahagian.
Salah satu bidang yang paling menarik perhatian ialah automasi pasca pemprosesan seperti penyingkiran dan kemasan serbuk. Dengan mengautomasikan proses pengeluaran besar-besaran aplikasi, teknologi yang sama boleh diulang beribu-ribu kali. Masalahnya ialah kaedah automasi tertentu boleh berbeza mengikut jenis bahagian, saiz, bahan dan proses. Contohnya, pasca pemprosesan mahkota pergigian automatik sangat berbeza daripada pemprosesan bahagian enjin roket, walaupun kedua-duanya boleh diperbuat daripada logam.
Oleh kerana bahagian dioptimumkan untuk AM, ciri yang lebih canggih dan saluran dalaman sering ditambah. Bagi PBF, matlamat utama adalah untuk mengeluarkan 100% serbuk. Solukon mengeluarkan sistem penyingkiran serbuk automatik. Syarikat ini telah membangunkan teknologi yang dipanggil Pemulihan Serbuk Pintar (SRP) yang memutar dan menggetarkan bahagian logam yang masih melekat pada plat binaan. Putaran dan getaran dikawal oleh model CAD bahagian tersebut. Dengan menggerakkan dan menggoncang bahagian dengan tepat, serbuk yang ditangkap mengalir hampir seperti cecair. Automasi ini mengurangkan tenaga kerja manual dan boleh meningkatkan kebolehpercayaan dan kebolehulangan penyingkiran serbuk.
Masalah dan batasan penyingkiran serbuk manual boleh mengehadkan daya maju penggunaan AM untuk pengeluaran besar-besaran, walaupun dalam kuantiti yang kecil. Sistem penyingkiran serbuk logam Solukon boleh beroperasi dalam atmosfera lengai dan mengumpul serbuk yang tidak digunakan untuk digunakan semula dalam mesin AM. Solukon menjalankan tinjauan pelanggan dan menerbitkan satu kajian pada Disember 2021 yang menunjukkan bahawa dua kebimbangan terbesar ialah kesihatan pekerjaan dan kebolehulangan.
Penyingkiran serbuk secara manual daripada struktur resin PBF boleh memakan masa. Syarikat seperti DyeMansion dan PostProcess Technologies sedang membina sistem pemprosesan pasca untuk menyingkirkan serbuk secara automatik. Banyak bahagian pembuatan bahan tambahan boleh dimuatkan ke dalam sistem yang membalikkan dan mengeluarkan medium untuk menyingkirkan serbuk berlebihan. HP mempunyai sistemnya sendiri yang dikatakan boleh menyingkirkan serbuk daripada ruang binaan Jet Fusion 5200 dalam masa 20 minit. Sistem ini menyimpan serbuk yang tidak dicairkan dalam bekas berasingan untuk digunakan semula atau dikitar semula untuk aplikasi lain.
Syarikat boleh mendapat manfaat daripada automasi jika ia boleh digunakan untuk kebanyakan langkah pemprosesan pasca. DyeMansion menawarkan sistem untuk penyingkiran serbuk, penyediaan permukaan dan pengecatan. Sistem PowerFuse S memuatkan bahagian, mengukus bahagian yang licin dan memunggahnya. Syarikat menyediakan rak keluli tahan karat untuk menggantung bahagian, yang dilakukan dengan tangan. Sistem PowerFuse S boleh menghasilkan permukaan yang serupa dengan acuan suntikan.
Cabaran terbesar yang dihadapi industri ini adalah memahami peluang sebenar yang ditawarkan oleh automasi. Jika sejuta bahagian polimer perlu dibuat, proses tuangan atau pengacuan tradisional mungkin merupakan penyelesaian terbaik, walaupun ini bergantung pada bahagian tersebut. AM selalunya tersedia untuk pengeluaran pertama dalam pengeluaran dan pengujian alat. Melalui pemprosesan pasca automatik, beribu-ribu bahagian boleh dihasilkan dengan andal dan boleh dihasilkan semula menggunakan AM, tetapi ia adalah khusus bahagian dan mungkin memerlukan penyelesaian tersuai.
AM tidak ada kena mengena dengan industri. Banyak organisasi membentangkan hasil penyelidikan dan pembangunan yang menarik yang boleh membawa kepada fungsi produk dan perkhidmatan yang betul. Dalam industri aeroangkasa, Relativity Space menghasilkan salah satu sistem pembuatan bahan tambahan logam terbesar menggunakan teknologi DED proprietari, yang diharapkan oleh syarikat akan digunakan untuk mengeluarkan sebahagian besar roketnya. Roket Terran 1nya boleh menghantar muatan 1,250 kg ke orbit Bumi rendah. Relativity merancang untuk melancarkan roket ujian pada pertengahan 2022 dan sudah merancang roket yang lebih besar dan boleh diguna semula yang dipanggil Terran R.
Roket Terran 1 dan R Relativity Space merupakan cara inovatif untuk membayangkan semula rupa penerbangan angkasa lepas pada masa hadapan. Reka bentuk dan pengoptimuman untuk pembuatan bahan tambahan mencetuskan minat dalam perkembangan ini. Syarikat itu mendakwa bahawa kaedah ini mengurangkan bilangan bahagian sebanyak 100 kali ganda berbanding roket tradisional. Syarikat itu juga mendakwa ia boleh menghasilkan roket daripada bahan mentah dalam tempoh 60 hari. Ini merupakan contoh hebat dalam menggabungkan banyak bahagian menjadi satu dan memudahkan rantaian bekalan dengan ketara.
Dalam industri pergigian, pembuatan bahan tambahan digunakan untuk membuat mahkota, jambatan, templat penggerudian pembedahan, gigi palsu separa dan penjajar. Align Technology dan SmileDirectClub menggunakan percetakan 3D untuk menghasilkan bahagian bagi penjajar plastik jernih termopembentukan. Align Technology, pengeluar produk berjenama Invisalign, menggunakan banyak sistem fotopolimerisasi dalam mandian Sistem 3D. Pada tahun 2021, syarikat itu berkata ia telah merawat lebih 10 juta pesakit sejak ia menerima kelulusan FDA pada tahun 1998. Jika rawatan pesakit biasa terdiri daripada 10 penjajar, yang merupakan anggaran yang rendah, syarikat itu telah menghasilkan 100 juta atau lebih bahagian AM. Bahagian FRP sukar dikitar semula kerana ia termoset. SmileDirectClub menggunakan sistem HP Multi Jet Fusion (MJF) untuk menghasilkan bahagian termoplastik yang boleh dikitar semula untuk aplikasi lain.
Dari segi sejarah, VPP tidak dapat menghasilkan bahagian yang nipis dan lutsinar dengan sifat kekuatan untuk digunakan sebagai peralatan ortodontik. Pada tahun 2021, LuxCreo dan Graphy mengeluarkan penyelesaian yang mungkin. Sehingga Februari, Graphy mempunyai kelulusan FDA untuk pencetakan 3D langsung peralatan pergigian. Jika anda mencetaknya secara langsung, proses hujung ke hujung dianggap lebih pendek, lebih mudah dan berpotensi lebih murah.
Satu perkembangan awal yang mendapat banyak perhatian media ialah penggunaan percetakan 3D untuk aplikasi pembinaan berskala besar seperti perumahan. Selalunya dinding rumah dicetak melalui penyemperitan. Semua bahagian rumah yang lain dibuat menggunakan kaedah dan bahan tradisional, termasuk lantai, siling, bumbung, tangga, pintu, tingkap, peralatan, kabinet dan kaunter. Dinding bercetak 3D boleh meningkatkan kos pemasangan elektrik, lampu, paip, kerja saluran dan lubang udara untuk pemanasan dan penyaman udara. Mengemaskan bahagian dalam dan luar dinding konkrit adalah lebih sukar berbanding reka bentuk dinding tradisional. Memodenkan rumah dengan dinding bercetak 3D juga merupakan pertimbangan yang penting.
Penyelidik di Makmal Kebangsaan Oak Ridge sedang mengkaji cara menyimpan tenaga dalam dinding bercetak 3D. Dengan memasukkan paip ke dalam dinding semasa pembinaan, air boleh mengalir melaluinya untuk pemanasan dan penyejukan. Projek R&D ini menarik dan inovatif, tetapi ia masih dalam peringkat awal pembangunan. Projek R&D ini menarik dan inovatif, tetapi ia masih dalam peringkat awal pembangunan.Projek penyelidikan ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam peringkat awal pembangunan.Projek penyelidikan ini menarik dan inovatif, tetapi masih di peringkat awal pembangunan.
Kebanyakan daripada kita masih belum biasa dengan ekonomi percetakan 3D, bahagian bangunan atau objek besar yang lain. Teknologi ini telah digunakan untuk menghasilkan beberapa jambatan, awning, bangku taman dan elemen hiasan untuk bangunan dan persekitaran luar. Adalah dipercayai bahawa kelebihan pembuatan bahan tambahan pada skala kecil (dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter) terpakai kepada percetakan 3D berskala besar. Faedah utama menggunakan pembuatan bahan tambahan termasuk mencipta bentuk dan ciri yang kompleks, mengurangkan bilangan bahagian, mengurangkan bahan dan berat, dan meningkatkan produktiviti. Jika AM tidak menambah nilai, kegunaannya harus dipersoalkan.
Pada Oktober 2021, Stratasys telah memperoleh baki 55% pegangan dalam Xaar 3D, anak syarikat pengeluar pencetak inkjet perindustrian British, Xaar. Teknologi polimer PBF Stratasys, yang dipanggil Selective Absorbion Fusion, adalah berdasarkan kepala cetakan inkjet Xaar. Mesin Stratasys H350 bersaing dengan sistem HP MJF.
Pembelian Desktop Metal adalah sesuatu yang mengagumkan. Pada Februari 2021, syarikat itu memperoleh Envisiontec, pengeluar sistem pembuatan bahan tambahan perindustrian yang telah lama wujud. Pada Mei 2021, syarikat itu memperoleh Adaptive3D, pembangun polimer VPP fleksibel. Pada Julai 2021, Desktop Metal memperoleh Aerosint, pembangun proses salutan serbuk berbilang bahan. Pengambilalihan terbesar berlaku pada bulan Ogos apabila Desktop Metal membeli pesaing ExOne dengan harga $575 juta.
Pengambilalihan ExOne oleh Desktop Metal telah menyatukan dua pengeluar sistem BJT logam yang terkenal. Secara amnya, teknologi ini masih belum mencapai tahap yang dipercayai ramai. Syarikat-syarikat terus menangani isu-isu seperti kebolehulangan, kebolehpercayaan dan pemahaman tentang punca masalah apabila ia timbul. Walaupun begitu, jika masalah tersebut diselesaikan, masih ada ruang untuk teknologi ini mencapai pasaran yang lebih besar. Pada Julai 2021, 3DEO, penyedia perkhidmatan yang menggunakan sistem percetakan 3D proprietari, berkata ia telah menghantar satu per sejuta kepada pelanggan.
Pembangun perisian dan platform awan telah menyaksikan pertumbuhan yang ketara dalam industri pembuatan bahan tambahan. Ini terutamanya benar untuk sistem pengurusan prestasi (MES) yang menjejaki rantaian nilai AM. 3D Systems bersetuju untuk mengambil alih Oqton pada September 2021 dengan harga $180 juta. Ditubuhkan pada tahun 2017, Oqton menyediakan penyelesaian berasaskan awan untuk meningkatkan aliran kerja dan kecekapan AM. Materialize mengambil alih Link3D pada November 2021 dengan harga $33.5 juta. Seperti Oqton, platform awan Link3D menjejaki kerja dan memudahkan aliran kerja AM.
Salah satu pengambilalihan terbaru pada tahun 2021 ialah pengambilalihan Wohlers Associates oleh ASTM International. Mereka bersama-sama berusaha untuk memanfaatkan jenama Wohlers bagi menyokong penggunaan AM yang lebih meluas di seluruh dunia. Melalui Pusat Kecemerlangan ASTM AM, Wohlers Associates akan terus menghasilkan laporan Wohlers dan penerbitan lain, serta menyediakan khidmat nasihat, analisis pasaran dan latihan.
Industri pembuatan bahan tambahan telah matang dan banyak industri menggunakan teknologi ini untuk pelbagai aplikasi. Tetapi percetakan 3D tidak akan menggantikan kebanyakan bentuk pembuatan yang lain. Sebaliknya, ia digunakan untuk mencipta jenis produk dan model perniagaan baharu. Organisasi menggunakan AM untuk mengurangkan berat bahagian, mengurangkan masa tunggu dan kos alat, serta meningkatkan pemperibadian dan prestasi produk. Industri pembuatan bahan tambahan dijangka meneruskan trajektori pertumbuhannya dengan syarikat, produk, perkhidmatan, aplikasi dan kes penggunaan baharu muncul, selalunya pada kelajuan yang sangat pantas.