Additiv produksjon, også kjent som 3D-utskrift, har fortsatt å utvikle seg i nesten 35 år siden kommersiell bruk.Luftfarts-, bil-, forsvars-, energi-, transport-, medisinsk-, tannlege- og forbrukerindustrien bruker additiv produksjon for et bredt spekter av bruksområder.
Med en slik utbredt bruk er det klart at additiv produksjon ikke er en løsning som passer alle.I henhold til ISO/ASTM 52900-terminologistandarden faller nesten alle kommersielle additive produksjonssystemer inn i en av syv prosesskategorier.Disse inkluderer materialekstrudering (MEX), badfotopolymerisering (VPP), pulverbedfusjon (PBF), bindemiddelsprøyting (BJT), materialsprøyting (MJT), rettet energiavsetning (DED) og arklaminering (SHL).Her er de sortert etter popularitet basert på enhetssalg.
Et økende antall bransjefolk, inkludert ingeniører og ledere, lærer når additiv produksjon kan bidra til å forbedre et produkt eller en prosess, og når det ikke kan.Historisk sett har store initiativer for å implementere additiv produksjon kommet fra ingeniører med erfaring med teknologien.Ledelsen ser flere eksempler på hvordan additiv produksjon kan forbedre produktiviteten, redusere ledetider og skape nye forretningsmuligheter.AM vil ikke erstatte de fleste tradisjonelle produksjonsformer, men vil bli en del av gründerens arsenal av produktutvikling og produksjonsevner.
Additiv produksjon har et bredt spekter av bruksområder, fra mikrofluidikk til storskala konstruksjon.Fordelene med AM varierer etter bransje, applikasjon og nødvendig ytelse.Organisasjoner må ha gode grunner for å implementere AM, uavhengig av brukstilfelle.De vanligste er konseptuell modellering, designverifisering og verifikasjon av egnethet og funksjonalitet.Flere og flere selskaper bruker det til å lage verktøy og applikasjoner for masseproduksjon, inkludert tilpasset produktutvikling.
For romfartsapplikasjoner er vekt en viktig faktor.Det koster rundt 10 000 dollar å sette en nyttelast på 0,45 kg i jordens bane, ifølge NASAs Marshall Space Flight Center.Å redusere vekten av satellitter kan spare utskytingskostnader.Det vedlagte bildet viser en Swissto12 metall AM-del som kombinerer flere bølgeledere til en del.Med AM reduseres vekten til under 0,08 kg.
Additiv produksjon brukes i hele verdikjeden i energibransjen.For noen selskaper er forretningsgrunnlaget for å bruke AM å raskt iterere prosjekter for å skape det best mulige produktet på kortest tid.I olje- og gassindustrien kan skadede deler eller sammenstillinger koste tusenvis av dollar eller mer i tapt produktivitet per time.Å bruke AM for å gjenopprette operasjoner kan være spesielt attraktivt.
En stor produsent av DED-systemer MX3D har gitt ut et prototype av rørreparasjonsverktøy.En skadet rørledning kan koste mellom €100.000 og €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) per dag, ifølge selskapet.Armaturet vist på neste side bruker en CNC-del som ramme og bruker DED til å sveise omkretsen av røret.AM gir høye avsetningshastigheter med minimalt avfall, mens CNC gir den nødvendige presisjonen.
I 2021 ble et 3D-printet vannforingsrør installert på en TotalEnergies oljerigg i Nordsjøen.Vannkapper er et kritisk element som brukes til å kontrollere hydrokarbonutvinning i brønner under bygging.I dette tilfellet er fordelene ved å bruke additiv produksjon reduserte ledetider og reduserte utslipp med 45 % sammenlignet med tradisjonelle smidde vannjakker.
Et annet forretningsgrunnlag for additiv produksjon er reduksjonen av kostbart verktøy.Phone Scope har utviklet digiscoping-adaptere for enheter som kobler telefonens kamera til et teleskop eller mikroskop.Nye telefoner slippes hvert år, noe som krever at selskaper slipper en ny linje med adaptere.Ved å bruke AM kan en bedrift spare penger på dyre verktøy som må byttes ut når nye telefoner slippes.
Som med enhver prosess eller teknologi, bør ikke additiv produksjon brukes da den anses som ny eller annerledes.Dette for å forbedre produktutvikling og/eller produksjonsprosesser.Det bør tilføre verdi.Eksempler på andre forretningstilfeller inkluderer tilpassede produkter og massetilpasning, kompleks funksjonalitet, integrerte deler, mindre materiale og vekt, og forbedret ytelse.
For at AM skal realisere sitt vekstpotensiale, må utfordringer tas opp.For de fleste produksjonsapplikasjoner må prosessen være pålitelig og reproduserbar.De påfølgende metodene for å automatisere fjerning av materiale av deler og støtter og etterbehandling vil hjelpe.Automatisering øker også produktiviteten og reduserer kostnaden per del.
Et av områdene av størst interesse er etterbehandlingsautomatisering som pulverfjerning og etterbehandling.Ved å automatisere prosessen med masseproduksjon av applikasjoner, kan den samme teknologien gjentas tusenvis av ganger.Problemet er at spesifikke automatiseringsmetoder kan variere etter deltype, størrelse, materiale og prosess.For eksempel er etterbehandlingen av automatiserte tannkroner veldig forskjellig fra behandlingen av rakettmotordeler, selv om begge kan være laget av metall.
Fordi deler er optimalisert for AM, legges ofte mer avanserte funksjoner og interne kanaler til.For PBF er hovedmålet å fjerne 100 % av pulveret.Solukon produserer automatiske pulverfjerningssystemer.Selskapet har utviklet en teknologi kalt Smart Powder Recovery (SRP) som roterer og vibrerer metalldeler som fortsatt er festet til byggeplaten.Rotasjon og vibrasjon styres av delens CAD-modell.Ved å flytte og riste delene nøyaktig, flyter det fangede pulveret nesten som en væske.Denne automatiseringen reduserer manuelt arbeid og kan forbedre påliteligheten og reproduserbarheten av pulverfjerning.
Problemene og begrensningene ved manuell pulverfjerning kan begrense muligheten for å bruke AM til masseproduksjon, selv i små mengder.Solukon metallpulverfjerningssystemer kan operere i en inert atmosfære og samle ubrukt pulver for gjenbruk i AM-maskiner.Solukon gjennomførte en kundeundersøkelse og publiserte en studie i desember 2021 som viser at de to største bekymringene er arbeidshelse og reproduserbarhet.
Manuell fjerning av pulver fra PBF-harpiksstrukturer kan være tidkrevende.Selskaper som DyeMansion og PostProcess Technologies bygger etterbehandlingssystemer for automatisk å fjerne pulver.Mange additive produksjonsdeler kan lastes inn i et system som inverterer og støter ut mediet for å fjerne overflødig pulver.HP har sitt eget system som sies å fjerne pulver fra Jet Fusion 5200s byggekammer på 20 minutter.Systemet lagrer usmeltet pulver i en separat beholder for gjenbruk eller resirkulering til andre bruksområder.
Bedrifter kan dra nytte av automatisering hvis den kan brukes på de fleste etterbehandlingstrinn.DyeMansion tilbyr systemer for pulverfjerning, overflatebehandling og maling.PowerFuse S-systemet laster delene, damper de glatte delene og losser dem.Selskapet leverer et stativ i rustfritt stål for oppheng av deler, som gjøres for hånd.PowerFuse S-systemet kan produsere en overflate som ligner på en sprøytestøpeform.
Den største utfordringen bransjen står overfor er å forstå de reelle mulighetene som automatisering har å tilby.Hvis en million polymerdeler må lages, kan tradisjonelle støpe- eller støpeprosesser være den beste løsningen, selv om dette avhenger av delen.AM er ofte tilgjengelig for første produksjonskjøring i verktøyproduksjon og testing.Gjennom automatisert etterbehandling kan tusenvis av deler produseres pålitelig og reproduserbart ved hjelp av AM, men den er delspesifikk og kan kreve en tilpasset løsning.
AM har ingenting med industri å gjøre.Mange organisasjoner presenterer interessante forsknings- og utviklingsresultater som kan føre til riktig funksjon av produkter og tjenester.I romfartsindustrien produserer Relativity Space et av de største produksjonssystemene for metalladditiv ved bruk av proprietær DED-teknologi, som selskapet håper vil bli brukt til å produsere de fleste av rakettene.Terran 1-raketten kan levere en nyttelast på 1250 kg til lav jordbane.Relativity planlegger å skyte opp en testrakett i midten av 2022 og planlegger allerede en større, gjenbrukbar rakett kalt Terran R.
Relativity Spaces Terran 1- og R-raketter er en nyskapende måte å tenke nytt på hvordan fremtidig romfart kan se ut.Design og optimalisering for additiv produksjon vekket interesse for denne utviklingen.Selskapet hevder at denne metoden reduserer antall deler med 100 ganger sammenlignet med tradisjonelle raketter.Selskapet hevder også at det kan produsere raketter fra råvarer innen 60 dager.Dette er et godt eksempel på å kombinere mange deler til én og forenkle forsyningskjeden.
I dentalindustrien brukes additiv produksjon til å lage kroner, broer, kirurgiske boremaler, delproteser og aligners.Align Technology og SmileDirectClub bruker 3D-utskrift for å produsere deler for termoforming av klare plastjusteringer.Align Technology, produsent av Invisalign-merkede produkter, bruker mange av fotopolymeriseringssystemene i 3D Systems-bad.I 2021 sa selskapet at det hadde behandlet over 10 millioner pasienter siden det fikk FDA-godkjenning i 1998. Hvis en typisk pasients behandling består av 10 aligners, som er et lavt estimat, har selskapet produsert 100 millioner eller flere AM-deler.FRP-deler er vanskelige å resirkulere fordi de er herdede.SmileDirectClub bruker HP Multi Jet Fusion (MJF)-systemet til å produsere termoplastiske deler som kan resirkuleres til andre bruksområder.
Historisk sett har ikke VPP vært i stand til å produsere tynne, transparente deler med styrkeegenskaper for bruk som kjeveortopedisk apparater.I 2021 slapp LuxCreo og Graphy en mulig løsning.Fra februar har Graphy FDA-godkjenning for direkte 3D-utskrift av tannapparater.Hvis du skriver dem ut direkte, anses ende-til-ende-prosessen som kortere, enklere og potensielt mindre kostbar.
En tidlig utvikling som fikk mye oppmerksomhet i media var bruken av 3D-utskrift for store konstruksjonsapplikasjoner som boliger.Ofte er husets vegger trykt ved ekstrudering.Alle andre deler av huset ble laget med tradisjonelle metoder og materialer, inkludert gulv, tak, tak, trapper, dører, vinduer, hvitevarer, skap og benkeplater.3D-printede vegger kan øke kostnadene ved å installere elektrisitet, belysning, rørleggerarbeid, kanaler og ventiler for oppvarming og klimaanlegg.Å fullføre innvendig og utvendig på en betongvegg er vanskeligere enn med en tradisjonell veggdesign.Modernisering av et hjem med 3D-printede vegger er også en viktig vurdering.
Forskere ved Oak Ridge National Laboratory studerer hvordan man lagrer energi i 3D-printede vegger.Ved å sette inn rør i veggen under bygging kan vann strømme gjennom den for oppvarming og kjøling. Dette FoU-prosjektet er interessant og nyskapende, men det er fortsatt i et tidlig utviklingsstadium. Dette FoU-prosjektet er interessant og nyskapende, men det er fortsatt i et tidlig utviklingsstadium.Dette forskningsprosjektet er interessant og nyskapende, men det er fortsatt i en tidlig utviklingsfase.Dette forskningsprosjektet er interessant og nyskapende, men fortsatt i de tidlige utviklingsstadiene.
De fleste av oss er ennå ikke kjent med økonomien ved 3D-printing av bygningsdeler eller andre store objekter.Teknologien har blitt brukt til å produsere noen broer, markiser, parkbenker og dekorative elementer for bygninger og utemiljø.Det antas at fordelene med additiv produksjon i små skalaer (fra noen få centimeter til flere meter) gjelder for storskala 3D-utskrift.De viktigste fordelene med å bruke additiv produksjon inkluderer å lage komplekse former og funksjoner, redusere antall deler, redusere materiale og vekt og øke produktiviteten.Hvis AM ikke tilfører verdi, bør det settes spørsmålstegn ved nytten.
I oktober 2021 kjøpte Stratasys de resterende 55 % av eierandelen i Xaar 3D, et datterselskap av den britiske industrielle blekkskriverprodusenten Xaar.Stratasys' polymer PBF-teknologi, kalt Selective Absorbion Fusion, er basert på Xaar blekkskrivehoder.Stratasys H350-maskinen konkurrerer med HP MJF-systemet.
Å kjøpe Desktop Metal var imponerende.I februar 2021 kjøpte selskapet Envisiontec, en mangeårig produsent av industrielle additive produksjonssystemer.I mai 2021 kjøpte selskapet Adaptive3D, en utvikler av fleksible VPP-polymerer.I juli 2021 kjøpte Desktop Metal Aerosint, en utvikler av flermateriale pulverlakkeringsprosesser.Det største oppkjøpet kom i august da Desktop Metal kjøpte konkurrenten ExOne for 575 millioner dollar.
Oppkjøpet av ExOne av Desktop Metal samler to anerkjente produsenter av metall BJT-systemer.Generelt har teknologien ennå ikke nådd det nivået mange tror.Bedrifter fortsetter å ta opp problemer som repeterbarhet, pålitelighet og forståelse av grunnårsaken til problemer etter hvert som de oppstår.Likevel, hvis problemene er løst, er det fortsatt rom for teknologien til å nå større markeder.I juli 2021 sa 3DEO, en tjenesteleverandør som bruker et proprietært 3D-utskriftssystem, at den hadde sendt en milliondel til kunder.
Utviklere av programvare og skyplattformer har sett betydelig vekst i additiv produksjonsindustrien.Dette gjelder spesielt for ytelsesstyringssystemer (MES) som sporer AM-verdikjeden.3D Systems gikk med på å kjøpe Oqton i september 2021 for 180 millioner dollar.Oqton ble grunnlagt i 2017 og tilbyr skybaserte løsninger for å forbedre arbeidsflyten og forbedre AM-effektiviteten.Materialize kjøpte Link3D i november 2021 for 33,5 millioner dollar.I likhet med Oqton, sporer Link3Ds skyplattform arbeid og forenkler AM-arbeidsflyten.
Et av de siste oppkjøpene i 2021 er ASTM Internationals oppkjøp av Wohlers Associates.Sammen jobber de for å utnytte Wohlers-merket for å støtte den bredere bruken av AM over hele verden.Gjennom ASTM AM Center of Excellence vil Wohlers Associates fortsette å produsere Wohlers-rapporter og andre publikasjoner, samt gi rådgivingstjenester, markedsanalyser og opplæring.
Den additive produksjonsindustrien har modnet og mange bransjer bruker teknologien til et bredt spekter av bruksområder.Men 3D-utskrift vil ikke erstatte de fleste andre former for produksjon.I stedet brukes den til å lage nye typer produkter og forretningsmodeller.Organisasjoner bruker AM for å redusere vekten av deler, redusere ledetider og verktøykostnader og forbedre produkttilpasning og ytelse.Den additive produksjonsindustrien forventes å fortsette sin vekstbane med nye selskaper, produkter, tjenester, applikasjoner og brukstilfeller som dukker opp, ofte i rasende fart.