Additieve fabricage, ook wel bekend als 3D-printen, is sinds het commerciële gebruik ervan bijna 35 jaar blijven evolueren.De ruimtevaart-, automobiel-, defensie-, energie-, transport-, medische, tandheelkundige en consumentenindustrie gebruiken additive manufacturing voor een breed scala aan toepassingen.
Met zo'n wijdverbreide acceptatie is het duidelijk dat additieve fabricage geen pasklare oplossing is.Volgens de ISO/ASTM 52900-terminologiestandaard vallen bijna alle commerciële additive manufacturing-systemen in een van de zeven procescategorieën.Deze omvatten materiaalextrusie (MEX), badfotopolymerisatie (VPP), poederbedfusie (PBF), bindmiddelspuiten (BJT), materiaalspuiten (MJT), gerichte energiedepositie (DED) en bladlaminering (SHL).Hier worden ze gesorteerd op populariteit op basis van de verkoop per eenheid.
Een groeiend aantal professionals uit de industrie, waaronder ingenieurs en managers, leert wanneer additive manufacturing een product of proces kan helpen verbeteren en wanneer niet.Historisch gezien zijn belangrijke initiatieven om additive manufacturing te implementeren afkomstig van ingenieurs die ervaring hebben met de technologie.Het management ziet meer voorbeelden van hoe additive manufacturing de productiviteit kan verbeteren, doorlooptijden kan verkorten en nieuwe zakelijke kansen kan creëren.AM zal de meeste traditionele vormen van productie niet vervangen, maar zal onderdeel worden van het arsenaal aan productontwikkeling en productiemogelijkheden van de ondernemer.
Additive manufacturing heeft een breed scala aan toepassingen, van microfluïdica tot grootschalige constructie.De voordelen van AM variëren per branche, toepassing en vereiste prestatie.Organisaties moeten goede redenen hebben om AM te implementeren, ongeacht de use case.De meest voorkomende zijn conceptuele modellering, ontwerpverificatie en geschiktheids- en functionaliteitsverificatie.Steeds meer bedrijven gebruiken het om tools en toepassingen te creëren voor massaproductie, inclusief productontwikkeling op maat.
Voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen is gewicht een belangrijke factor.Volgens NASA's Marshall Space Flight Center kost het ongeveer $ 10.000 om een ​​lading van 0,45 kg in een baan om de aarde te brengen.Door het gewicht van satellieten te verminderen, kunnen lanceringskosten worden bespaard.De bijgevoegde afbeelding toont een Swissto12 metalen AM-onderdeel dat verschillende golfgeleiders combineert tot één onderdeel.Met AM wordt het gewicht teruggebracht tot minder dan 0,08 kg.
Additive manufacturing wordt gebruikt in de hele waardeketen in de energie-industrie.Voor sommige bedrijven is de businesscase voor het gebruik van AM het snel herhalen van projecten om in de kortst mogelijke tijd het best mogelijke product te creëren.In de olie- en gasindustrie kunnen beschadigde onderdelen of samenstellingen duizenden dollars of meer kosten aan productiviteitsverlies per uur.Het kan bijzonder aantrekkelijk zijn om AM te gebruiken om bewerkingen te herstellen.
Een grote fabrikant van DED-systemen MX3D heeft een prototype van een pijpreparatietool uitgebracht.Een beschadigde pijpleiding kan volgens het bedrijf tussen de € 100.000 en € 1.000.000 ($ 113.157- $ 1.131.570) per dag kosten.Het armatuur op de volgende pagina gebruikt een CNC-onderdeel als frame en gebruikt DED om de omtrek van de buis te lassen.AM zorgt voor hoge depositiesnelheden met minimale verspilling, terwijl CNC de vereiste precisie biedt.
In 2021 is op een booreiland van TotalEnergies in de Noordzee een 3D-geprinte watermantel geïnstalleerd.Watermantels zijn een cruciaal element dat wordt gebruikt om de terugwinning van koolwaterstoffen in putten in aanbouw te regelen.In dit geval zijn de voordelen van het gebruik van additive manufacturing verkorte doorlooptijden en verminderde emissies met 45% in vergelijking met traditionele gesmede watermantels.
Een andere businesscase voor additive manufacturing is de vermindering van dure gereedschappen.Phone Scope heeft digiscoping adapters ontwikkeld voor apparaten die de camera van je telefoon verbinden met een telescoop of microscoop.Elk jaar komen er nieuwe telefoons uit, waardoor bedrijven een nieuwe reeks adapters moeten uitbrengen.Door AM te gebruiken, kan een bedrijf geld besparen op dure tools die moeten worden vervangen wanneer nieuwe telefoons worden uitgebracht.
Zoals met elk proces of elke technologie, mag additieve fabricage niet worden gebruikt omdat het als nieuw of anders wordt beschouwd.Dit om productontwikkeling en/of productieprocessen te verbeteren.Het moet waarde toevoegen.Voorbeelden van andere businesscases zijn maatwerkproducten en massamaatwerk, complexe functionaliteit, geïntegreerde onderdelen, minder materiaal en gewicht en verbeterde prestaties.
Om AM zijn groeipotentieel te laten realiseren, moeten uitdagingen worden aangepakt.Voor de meeste productietoepassingen moet het proces betrouwbaar en reproduceerbaar zijn.De daaropvolgende methoden voor het automatiseren van het verwijderen van materiaal van onderdelen en steunen en nabewerking zullen helpen.Automatisering verhoogt ook de productiviteit en verlaagt de kosten per onderdeel.
Een van de aandachtsgebieden is de automatisering van de nabewerking, zoals het verwijderen en afwerken van poeders.Door het proces van massaproductie van applicaties te automatiseren, kan dezelfde technologie duizenden keren worden herhaald.Het probleem is dat specifieke automatiseringsmethoden kunnen verschillen per type onderdeel, grootte, materiaal en proces.Zo is de nabewerking van geautomatiseerde tandkronen heel anders dan de bewerking van raketmotoronderdelen, hoewel beide van metaal kunnen zijn.
Omdat onderdelen zijn geoptimaliseerd voor AM, worden er vaak meer geavanceerde functies en interne kanalen toegevoegd.Voor PBF is het belangrijkste doel om 100% van het poeder te verwijderen.Solukon produceert automatische poederverwijderingssystemen.Het bedrijf heeft een technologie ontwikkeld, Smart Powder Recovery (SRP) genaamd, die metalen onderdelen die nog aan de bouwplaat vastzitten, roteert en trilt.Rotatie en trillingen worden gecontroleerd door het CAD-model van het onderdeel.Door de onderdelen precies te bewegen en te schudden, stroomt het opgevangen poeder bijna als een vloeistof.Deze automatisering vermindert handmatige arbeid en kan de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid van poederverwijdering verbeteren.
De problemen en beperkingen van handmatige poederverwijdering kunnen de levensvatbaarheid van het gebruik van AM voor massaproductie beperken, zelfs in kleine hoeveelheden.Solukon-systemen voor het verwijderen van metaalpoeder kunnen in een inerte atmosfeer werken en ongebruikt poeder verzamelen voor hergebruik in AM-machines.Solukon voerde een klantonderzoek uit en publiceerde in december 2021 een studie waaruit bleek dat de twee grootste zorgen gezondheid op het werk en reproduceerbaarheid zijn.
Het handmatig verwijderen van poeder van PBF-harsstructuren kan tijdrovend zijn.Bedrijven zoals DyeMansion en PostProcess Technologies bouwen nabewerkingssystemen om poeder automatisch te verwijderen.Veel additive manufacturing-onderdelen kunnen in een systeem worden geladen dat het medium omkeert en uitwerpt om overtollig poeder te verwijderen.HP heeft zijn eigen systeem dat naar verluidt in 20 minuten poeder uit de bouwkamer van de Jet Fusion 5200 verwijdert.Het systeem slaat ongesmolten poeder op in een aparte container voor hergebruik of recycling voor andere toepassingen.
Bedrijven kunnen profiteren van automatisering als deze kan worden toegepast op de meeste nabewerkingsstappen.DyeMansion biedt systemen voor poederverwijdering, oppervlaktevoorbereiding en schilderen.Het PowerFuse S-systeem laadt de onderdelen, stoomt de gladde onderdelen en lost ze af.Het bedrijf levert een roestvrijstalen rek voor het ophangen van onderdelen, wat met de hand wordt gedaan.Het PowerFuse S-systeem kan een oppervlak produceren dat lijkt op een spuitgietmatrijs.
De grootste uitdaging voor de branche is het begrijpen van de echte kansen die automatisering te bieden heeft.Als er een miljoen polymeeronderdelen moeten worden gemaakt, kunnen traditionele giet- of vormprocessen de beste oplossing zijn, hoewel dit afhankelijk is van het onderdeel.AM is vaak beschikbaar voor de eerste productierun in gereedschapsproductie en testen.Door middel van geautomatiseerde nabewerking kunnen met AM duizenden onderdelen betrouwbaar en reproduceerbaar worden geproduceerd, maar dit is onderdeelspecifiek en vereist mogelijk een oplossing op maat.
AM heeft niets met de industrie te maken.Veel organisaties presenteren interessante onderzoeks- en ontwikkelingsresultaten die kunnen leiden tot het goed functioneren van producten en diensten.In de lucht- en ruimtevaartindustrie produceert Relativity Space een van de grootste systemen voor additieve fabricage van metalen met behulp van eigen DED-technologie, waarvan het bedrijf hoopt dat deze zal worden gebruikt om de meeste van zijn raketten te vervaardigen.De Terran 1-raket kan een lading van 1.250 kg in een lage baan om de aarde brengen.Relativity is van plan om medio 2022 een testraket te lanceren en plant al een grotere, herbruikbare raket, de Terran R.
De Terran 1- en R-raketten van Relativity Space zijn een innovatieve manier om opnieuw voor te stellen hoe toekomstige ruimtevluchten eruit zouden kunnen zien.Ontwerp en optimalisatie voor additive manufacturing wekte interesse in deze ontwikkeling.Het bedrijf beweert dat deze methode het aantal onderdelen 100 keer vermindert in vergelijking met traditionele raketten.Het bedrijf beweert ook dat het binnen 60 dagen raketten kan produceren uit grondstoffen.Dit is een goed voorbeeld van het combineren van vele onderdelen tot één en het sterk vereenvoudigen van de toeleveringsketen.
In de tandheelkundige industrie wordt additieve fabricage gebruikt om kronen, bruggen, chirurgische boorsjablonen, gedeeltelijke prothesen en aligners te maken.Align Technology en SmileDirectClub gebruiken 3D-printen om onderdelen te produceren voor het thermovormen van doorzichtige plastic aligners.Align Technology, fabrikant van Invisalign-merkproducten, gebruikt veel van de fotopolymerisatiesystemen in 3D Systems-baden.In 2021 zei het bedrijf dat het meer dan 10 miljoen patiënten had behandeld sinds het in 1998 door de FDA werd goedgekeurd. Als de behandeling van een typische patiënt uit 10 aligners bestaat, wat een lage schatting is, heeft het bedrijf 100 miljoen of meer AM-onderdelen geproduceerd.Onderdelen van FRP zijn moeilijk te recyclen omdat ze thermohardend zijn.SmileDirectClub gebruikt het HP Multi Jet Fusion (MJF)-systeem om thermoplastische onderdelen te produceren die kunnen worden gerecycled voor andere toepassingen.
Historisch gezien is VPP niet in staat geweest om dunne, transparante onderdelen met sterkte-eigenschappen te produceren voor gebruik als orthodontische apparatuur.In 2021 brachten LuxCreo en Graphy een mogelijke oplossing uit.Sinds februari heeft Graphy FDA-goedkeuring voor direct 3D-printen van tandheelkundige apparatuur.Als u ze rechtstreeks afdrukt, wordt het end-to-end-proces als korter, eenvoudiger en mogelijk goedkoper beschouwd.
Een vroege ontwikkeling die veel media-aandacht kreeg, was het gebruik van 3D-printen voor grootschalige bouwtoepassingen zoals woningbouw.Vaak worden de muren van het huis bedrukt door middel van extrusie.Alle andere delen van het huis zijn gemaakt met behulp van traditionele methoden en materialen, waaronder vloeren, plafonds, daken, trappen, deuren, ramen, apparaten, kasten en werkbladen.3D-geprinte muren kunnen de kosten verhogen van het installeren van elektriciteit, verlichting, sanitair, leidingwerk en ventilatieopeningen voor verwarming en airconditioning.Het afwerken van de binnen- en buitenkant van een betonnen wand is moeilijker dan bij een traditioneel wandontwerp.Het moderniseren van een huis met 3D-geprinte muren is ook een belangrijke overweging.
Onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory onderzoeken hoe energie kan worden opgeslagen in 3D-geprinte muren.Door tijdens de bouw leidingen in de muur te steken kan er water doorheen stromen voor verwarming en koeling. Dit R&D-project is interessant en vernieuwend, maar bevindt zich nog in een vroege ontwikkelingsfase. Dit R&D-project is interessant en vernieuwend, maar bevindt zich nog in een vroege ontwikkelingsfase.Dit onderzoeksproject is interessant en vernieuwend, maar staat nog in de kinderschoenen.Dit onderzoeksproject is interessant en innovatief, maar bevindt zich nog in de beginfase van ontwikkeling.
De meesten van ons zijn nog niet bekend met de economische aspecten van het 3D-printen van bouwdelen of andere grote objecten.De technologie is gebruikt om enkele bruggen, luifels, parkbanken en decoratieve elementen voor gebouwen en de buitenomgeving te produceren.Aangenomen wordt dat de voordelen van additive manufacturing op kleine schaal (van enkele centimeters tot enkele meters) van toepassing zijn op grootschalige 3D-printing.De belangrijkste voordelen van additive manufacturing zijn onder meer het creëren van complexe vormen en functies, het verminderen van het aantal onderdelen, het verminderen van materiaal en gewicht en het verhogen van de productiviteit.Als AM geen waarde toevoegt, moet het nut ervan in twijfel worden getrokken.
In oktober 2021 verwierf Stratasys het resterende belang van 55% in Xaar 3D, een dochteronderneming van de Britse fabrikant van industriële inkjetprinters Xaar.De polymeer PBF-technologie van Stratasys, Selective Absorbion Fusion genaamd, is gebaseerd op Xaar-inkjetprintkoppen.De Stratasys H350-machine concurreert met het HP MJF-systeem.
Desktop Metal kopen was indrukwekkend.In februari 2021 nam het bedrijf Envisiontec over, een oude fabrikant van industriële additive manufacturing-systemen.In mei 2021 nam het bedrijf Adaptive3D over, een ontwikkelaar van flexibele VPP-polymeren.In juli 2021 nam Desktop Metal Aerosint over, een ontwikkelaar van overcoatingsprocessen voor poedercoating met meerdere materialen.De grootste overname kwam in augustus toen Desktop Metal concurrent ExOne kocht voor $575 miljoen.
De overname van ExOne door Desktop Metal brengt twee gerenommeerde fabrikanten van metalen BJT-systemen samen.Over het algemeen heeft de technologie nog niet het niveau bereikt dat velen denken.Bedrijven blijven problemen aanpakken zoals herhaalbaarheid, betrouwbaarheid en het begrijpen van de oorzaak van problemen zodra ze zich voordoen.Maar als de problemen zijn opgelost, is er nog steeds ruimte voor de technologie om grotere markten te bereiken.In juli 2021 zei 3DEO, een serviceprovider die een eigen 3D-printsysteem gebruikt, dat het een miljoenste naar klanten had verzonden.
Software- en cloudplatformontwikkelaars hebben een aanzienlijke groei doorgemaakt in de additive manufacturing-industrie.Dit geldt met name voor prestatiebeheersystemen (MES) die de AM-waardeketen volgen.3D Systems stemde ermee in om Oqton in september 2021 over te nemen voor $ 180 miljoen.Oqton, opgericht in 2017, biedt cloudgebaseerde oplossingen om de workflow te verbeteren en de AM-efficiëntie te verbeteren.Materialise heeft Link3D in november 2021 overgenomen voor $ 33,5 miljoen.Net als Oqton houdt het cloudplatform van Link3D het werk bij en vereenvoudigt het de AM-workflow.
Een van de nieuwste aanwinsten in 2021 is de overname van Wohlers Associates door ASTM International.Samen werken ze aan het gebruik van het merk Wohlers om de bredere acceptatie van AM wereldwijd te ondersteunen.Via het ASTM AM Centre of Excellence zal Wohlers Associates Wohlers-rapporten en andere publicaties blijven produceren, evenals adviesdiensten, marktanalyses en training.
De additive manufacturing-industrie is volwassen geworden en veel industrieën gebruiken de technologie voor een breed scala aan toepassingen.Maar 3D-printen zal de meeste andere vormen van productie niet vervangen.In plaats daarvan wordt het gebruikt om nieuwe soorten producten en bedrijfsmodellen te creëren.Organisaties gebruiken AM om het gewicht van onderdelen te verminderen, doorlooptijden en gereedschapskosten te verkorten en de personalisatie en prestaties van producten te verbeteren.De additive manufacturing-industrie zal naar verwachting haar groeitraject voortzetten met de opkomst van nieuwe bedrijven, producten, diensten, toepassingen en use cases, vaak in razend tempo.