Pembuatan aditif, juga dikenali sebagai percetakan 3D, telah terus berkembang selama hampir 35 tahun sejak penggunaan komersialnya.Industri aeroangkasa, automotif, pertahanan, tenaga, pengangkutan, perubatan, pergigian dan pengguna menggunakan pembuatan bahan tambahan untuk pelbagai aplikasi.
Dengan penggunaan meluas sedemikian, jelas bahawa pembuatan bahan tambahan bukanlah penyelesaian satu saiz untuk semua.Menurut standard terminologi ISO/ASTM 52900, hampir semua sistem pembuatan aditif komersial jatuh ke dalam salah satu daripada tujuh kategori proses.Ini termasuk penyemperitan bahan (MEX), fotopolimerisasi mandian (VPP), gabungan katil serbuk (PBF), penyemburan pengikat (BJT), penyemburan bahan (MJT), pemendapan tenaga terarah (DED), dan laminasi lembaran (SHL).Di sini mereka disusun mengikut populariti berdasarkan jualan unit.
Bilangan profesional industri yang semakin meningkat, termasuk jurutera dan pengurus, sedang belajar apabila pembuatan bahan tambahan boleh membantu meningkatkan produk atau proses dan apabila ia tidak boleh.Dari segi sejarah, inisiatif utama untuk melaksanakan pembuatan aditif telah datang daripada jurutera yang berpengalaman dengan teknologi tersebut.Pengurusan melihat lebih banyak contoh cara pembuatan aditif boleh meningkatkan produktiviti, mengurangkan masa petunjuk dan mencipta peluang perniagaan baharu.AM tidak akan menggantikan kebanyakan bentuk pembuatan tradisional, tetapi akan menjadi sebahagian daripada senjata usahawan untuk pembangunan produk dan keupayaan pembuatan.
Pembuatan aditif mempunyai pelbagai aplikasi, daripada mikrofluidik kepada pembinaan berskala besar.Faedah AM berbeza mengikut industri, aplikasi dan prestasi yang diperlukan.Organisasi mesti mempunyai sebab yang kukuh untuk melaksanakan AM, tanpa mengira kes penggunaan.Yang paling biasa ialah pemodelan konsep, pengesahan reka bentuk, dan pengesahan kesesuaian dan kefungsian.Semakin banyak syarikat menggunakannya untuk mencipta alat dan aplikasi untuk pengeluaran besar-besaran, termasuk pembangunan produk tersuai.
Untuk aplikasi aeroangkasa, berat adalah faktor utama.Ia berharga kira-kira $10,000 untuk meletakkan muatan 0.45kg ke orbit Bumi, menurut Pusat Penerbangan Angkasa Marshall NASA.Mengurangkan berat satelit boleh menjimatkan kos pelancaran.Imej yang dilampirkan menunjukkan bahagian AM logam Swissto12 yang menggabungkan beberapa pandu gelombang menjadi satu bahagian.Dengan AM, berat dikurangkan kepada kurang daripada 0.08 kg.
Pengilangan aditif digunakan di seluruh rantaian nilai dalam industri tenaga.Bagi sesetengah syarikat, kes perniagaan untuk menggunakan AM ialah mengulangi projek dengan cepat untuk mencipta produk terbaik dalam masa yang singkat.Dalam industri minyak dan gas, bahagian atau pemasangan yang rosak boleh menelan belanja ribuan dolar atau lebih dalam kehilangan produktiviti sejam.Menggunakan AM untuk memulihkan operasi boleh menjadi sangat menarik.
Pengeluar utama sistem DED MX3D telah mengeluarkan alat pembaikan paip prototaip.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 sisa 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 adalah elemen kritikal yang digunakan untuk mengawal pemulihan hidrokarbon dalam telaga dalam pembinaan.Dalam kes ini, faedah menggunakan pembuatan bahan tambahan adalah mengurangkan masa pendahuluan dan mengurangkan pelepasan sebanyak 45% berbanding jaket air palsu tradisional.
Satu lagi kes perniagaan untuk pembuatan aditif ialah pengurangan perkakas mahal.Skop Telefon telah membangunkan penyesuai digiscoping untuk peranti yang menyambungkan kamera telefon anda ke teleskop atau mikroskop.Telefon baharu dikeluarkan setiap tahun, memerlukan syarikat mengeluarkan barisan penyesuai baharu.Dengan menggunakan AM, syarikat boleh menjimatkan wang untuk alat mahal yang perlu diganti apabila telefon baharu dikeluarkan.
Seperti mana-mana proses atau teknologi, pembuatan aditif tidak boleh digunakan kerana ia dianggap baru atau berbeza.Ini adalah untuk menambah baik pembangunan produk dan/atau proses pembuatan.Ia sepatutnya menambah nilai.Contoh kes perniagaan lain termasuk produk tersuai dan penyesuaian besar-besaran, kefungsian kompleks, bahagian bersepadu, kurang bahan dan berat serta prestasi yang dipertingkatkan.
Untuk AM merealisasikan potensi pertumbuhannya, cabaran perlu ditangani.Bagi kebanyakan aplikasi pembuatan, proses tersebut mestilah boleh dipercayai dan boleh dihasilkan semula.Kaedah seterusnya mengautomasikan penyingkiran bahan bahagian dan sokongan dan pasca pemprosesan akan membantu.Automasi juga meningkatkan produktiviti dan mengurangkan kos setiap bahagian.
Salah satu bidang yang paling diminati ialah automasi pasca pemprosesan seperti penyingkiran serbuk dan kemasan.Dengan mengautomasikan proses pengeluaran besar-besaran aplikasi, teknologi yang sama boleh diulang beribu kali.Masalahnya ialah kaedah automasi tertentu boleh berbeza mengikut jenis bahagian, saiz, bahan dan proses.Sebagai contoh, 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 maju dan saluran dalaman sering ditambah.Untuk PBF, matlamat utama adalah untuk mengeluarkan 100% serbuk.Solukon mengeluarkan sistem penyingkiran serbuk automatik.Syarikat itu 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 buruh manual dan boleh meningkatkan kebolehpercayaan dan kebolehulangan penyingkiran serbuk.
Masalah dan had 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 suasana lengai dan mengumpul serbuk yang tidak digunakan untuk digunakan semula dalam mesin AM.Solukon menjalankan tinjauan pelanggan dan menerbitkan 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 pasca pemprosesan untuk mengeluarkan serbuk secara automatik.Banyak bahagian pembuatan aditif boleh dimuatkan ke dalam sistem yang menyongsangkan dan mengeluarkan medium untuk mengeluarkan serbuk berlebihan.HP mempunyai sistem sendiri yang dikatakan dapat mengeluarkan serbuk dari ruang binaan Jet Fusion 5200 dalam masa 20 minit.Sistem ini menyimpan serbuk yang tidak cair dalam bekas yang berasingan untuk digunakan semula atau dikitar semula untuk aplikasi lain.
Syarikat boleh mendapat manfaat daripada automasi jika ia boleh digunakan pada kebanyakan langkah pasca pemprosesan.DyeMansion menawarkan sistem untuk mengeluarkan serbuk, penyediaan permukaan dan mengecat.Sistem PowerFuse S memuatkan bahagian, mengukus bahagian licin dan memunggahnya.Syarikat itu 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 oleh industri ialah memahami peluang sebenar yang ditawarkan oleh automasi.Jika sejuta bahagian polimer perlu dibuat, proses penuangan atau pengacuan tradisional mungkin merupakan penyelesaian terbaik, walaupun ini bergantung pada bahagian tersebut.AM selalunya tersedia untuk pengeluaran pertama yang dijalankan dalam pengeluaran dan ujian alat.Melalui pemprosesan pasca automatik, beribu-ribu bahagian boleh dihasilkan dengan pasti dan boleh dihasilkan semula menggunakan AM, tetapi ia adalah bahagian khusus dan mungkin memerlukan penyelesaian tersuai.
AM tiada kaitan dengan industri.Banyak organisasi membentangkan hasil penyelidikan dan pembangunan yang menarik yang boleh membawa kepada produk dan perkhidmatan berfungsi dengan baik.Dalam industri aeroangkasa, Relativity Space menghasilkan salah satu sistem pembuatan aditif logam terbesar menggunakan teknologi DED proprietari, yang syarikat berharap akan digunakan untuk mengeluarkan sebahagian besar roketnya.Roket Terran 1nya boleh menghantar muatan 1,250 kg ke orbit Bumi yang rendah.Relativiti merancang untuk melancarkan roket ujian pada pertengahan 2022 dan sudah merancang roket yang lebih besar dan boleh digunakan semula yang dipanggil Terran R.
Roket Terran 1 dan R Relativity Space ialah cara yang inovatif untuk membayangkan semula rupa penerbangan angkasa lepas.Reka bentuk dan pengoptimuman untuk pembuatan bahan tambahan mencetuskan minat dalam pembangunan ini.Syarikat itu mendakwa 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 adalah contoh yang bagus untuk menggabungkan banyak bahagian menjadi satu dan sangat memudahkan rantaian bekalan.
Dalam industri pergigian, pembuatan aditif digunakan untuk membuat mahkota, jambatan, templat penggerudian pembedahan, gigi palsu separa dan penjajar.Align Technology dan SmileDirectClub menggunakan pencetakan 3D untuk menghasilkan bahagian bagi penjajaran plastik jernih termobentuk.Align Technology, pengeluar produk berjenama Invisalign, menggunakan banyak sistem fotopolimerisasi dalam mandian Sistem 3D.Pada 2021, syarikat itu berkata ia telah merawat lebih 10 juta pesakit sejak menerima kelulusan FDA pada 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 adalah 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 nipis dan telus dengan sifat kekuatan untuk digunakan sebagai peralatan ortodontik.Pada tahun 2021, LuxCreo dan Graphy mengeluarkan penyelesaian yang mungkin.Mulai Februari, Graphy mempunyai kelulusan FDA untuk pencetakan terus 3D peralatan pergigian.Jika anda mencetaknya secara terus, proses hujung ke hujung dianggap lebih pendek, lebih mudah dan berkemungkinan lebih murah.
Perkembangan awal yang mendapat perhatian ramai media ialah penggunaan cetakan 3D untuk aplikasi pembinaan berskala besar seperti perumahan.Selalunya dinding rumah dicetak dengan penyemperitan.Semua bahagian lain rumah itu dibuat menggunakan kaedah dan bahan tradisional, termasuk lantai, siling, bumbung, tangga, pintu, tingkap, peralatan, kabinet dan countertop.Dinding bercetak 3D boleh meningkatkan kos pemasangan elektrik, pencahayaan, paip, saluran dan bolong untuk pemanasan dan penyaman udara.Menamatkan bahagian dalam dan luar dinding konkrit adalah lebih sukar daripada reka bentuk dinding tradisional.Memodenkan rumah dengan dinding bercetak 3D juga merupakan pertimbangan 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 ia masih di peringkat awal pembangunan.Projek penyelidikan ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam peringkat awal pembangunan.
Kebanyakan daripada kita belum biasa dengan ekonomi bahagian bangunan percetakan 3D atau objek besar 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 aditif pada skala kecil (dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter) digunakan untuk percetakan 3D berskala besar.Faedah utama menggunakan pembuatan aditif 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 memperoleh baki 55% pegangan dalam Xaar 3D, anak syarikat pengeluar pencetak inkjet perindustrian British Xaar.Teknologi PBF polimer Stratasys, yang dipanggil Selective Absorbion Fusion, adalah berdasarkan kepala cetakan inkjet Xaar.Mesin Stratasys H350 bersaing dengan sistem HP MJF.
Membeli Desktop Metal sangat mengagumkan.Pada Februari 2021, syarikat itu memperoleh Envisiontec, pengeluar lama sistem pembuatan bahan tambahan industri.Pada Mei 2021, syarikat itu memperoleh Adaptive3D, pembangun polimer VPP fleksibel.Pada Julai 2021, Desktop Metal memperoleh Aerosint, pembangun proses salutan serbuk berbilang bahan.Pemerolehan terbesar datang pada bulan Ogos apabila Desktop Metal membeli pesaing ExOne dengan harga $575 juta.
Pengambilalihan ExOne oleh Desktop Metal menghimpunkan dua pengeluar sistem BJT logam yang terkenal.Secara amnya, teknologi itu masih belum mencapai tahap yang dipercayai ramai.Syarikat terus menangani isu seperti kebolehulangan, kebolehpercayaan, dan memahami punca masalah apabila ia timbul.Walaupun begitu, jika masalah itu diselesaikan, masih ada ruang untuk teknologi itu mencapai pasaran yang lebih besar.Pada Julai 2021, 3DEO, penyedia perkhidmatan yang menggunakan sistem pencetakan 3D proprietari, berkata ia telah menghantar satu juta kepada pelanggan.
Pemaju perisian dan platform awan telah menyaksikan pertumbuhan yang ketara dalam industri pembuatan aditif.Ini terutama berlaku untuk sistem pengurusan prestasi (MES) yang menjejaki rantaian nilai AM.Sistem 3D bersetuju untuk memperoleh Oqton pada September 2021 dengan harga $180 juta.Diasaskan pada 2017, Oqton menyediakan penyelesaian berasaskan awan untuk meningkatkan aliran kerja dan meningkatkan kecekapan AM.Materialize memperoleh Link3D pada November 2021 dengan harga $33.5 juta.Seperti Oqton, platform awan Link3D menjejaki kerja dan memudahkan aliran kerja AM.
Salah satu pemerolehan terkini pada 2021 ialah pemerolehan Wohlers Associates oleh ASTM International.Bersama-sama mereka berusaha untuk memanfaatkan jenama Wohlers untuk menyokong penggunaan AM yang lebih meluas di seluruh dunia.Melalui Pusat Kecemerlangan AM ASTM, Wohlers Associates akan terus menghasilkan laporan Wohlers dan penerbitan lain, serta menyediakan khidmat nasihat, analisis pasaran dan latihan.
Industri pembuatan aditif telah matang dan banyak industri menggunakan teknologi untuk pelbagai aplikasi.Tetapi percetakan 3D tidak akan menggantikan kebanyakan bentuk pembuatan lain.Sebaliknya, ia digunakan untuk mencipta jenis produk dan model perniagaan baharu.Organisasi menggunakan AM untuk mengurangkan berat bahagian, mengurangkan masa pendahuluan dan kos alat serta meningkatkan pemperibadian dan prestasi produk.Industri pembuatan aditif dijangka meneruskan trajektori pertumbuhannya dengan syarikat, produk, perkhidmatan, aplikasi dan kes penggunaan baharu muncul, selalunya pada kelajuan yang sangat pantas.