Fabricația aditivă, cunoscută și sub numele de imprimare 3D, a continuat să evolueze timp de aproape 35 de ani de la utilizarea sa comercială.Industria aerospațială, auto, apărare, energie, transport, medical, stomatologic și de consum folosesc fabricarea aditivă pentru o gamă largă de aplicații.
Cu o astfel de adoptare pe scară largă, este clar că fabricarea aditivă nu este o soluție unică.Conform standardului de terminologie ISO/ASTM 52900, aproape toate sistemele comerciale de fabricație aditivă se încadrează în una dintre cele șapte categorii de procese.Acestea includ extrudarea materialului (MEX), fotopolimerizarea în baie (VPP), fuziunea în pat de pulbere (PBF), pulverizarea liantului (BJT), pulverizarea materialului (MJT), depunerea de energie direcționată (DED) și laminarea foliei (SHL).Aici sunt sortate după popularitate în funcție de vânzările de unități.
Un număr tot mai mare de profesioniști din industrie, inclusiv ingineri și manageri, învață când fabricarea aditivă poate ajuta la îmbunătățirea unui produs sau proces și când nu.Din punct de vedere istoric, inițiativele majore de implementare a producției aditive au venit de la ingineri cu experiență în tehnologie.Managementul vede mai multe exemple despre modul în care fabricarea aditivă poate îmbunătăți productivitatea, poate reduce timpii de livrare și poate crea noi oportunități de afaceri.AM nu va înlocui majoritatea formelor tradiționale de producție, ci va deveni parte din arsenalul antreprenorilor de dezvoltare a produselor și capabilități de producție.
Fabricația aditivă are o gamă largă de aplicații, de la microfluidic până la construcții la scară largă.Beneficiile AM ​​variază în funcție de industrie, aplicație și performanța necesară.Organizațiile trebuie să aibă motive temeinice pentru implementarea AM, indiferent de cazul de utilizare.Cele mai comune sunt modelarea conceptuală, verificarea designului și verificarea adecvării și funcționalității.Din ce în ce mai multe companii îl folosesc pentru a crea instrumente și aplicații pentru producția de masă, inclusiv dezvoltarea de produse personalizate.
Pentru aplicațiile aerospațiale, greutatea este un factor major.Costă aproximativ 10.000 de dolari pentru a pune o sarcină utilă de 0,45 kg pe orbita Pământului, conform Centrului de Zbor Spațial Marshall al NASA.Reducerea greutății sateliților poate economisi costurile de lansare.Imaginea atașată arată o parte metalică Swissto12 AM care combină mai multe ghiduri de undă într-o singură parte.Cu AM, greutatea este redusă la mai puțin de 0,08 kg.
Fabricarea aditivă este utilizată pe tot parcursul lanțului valoric în industria energetică.Pentru unele companii, cazul de afaceri pentru utilizarea AM este de a repeta rapid proiectele pentru a crea cel mai bun produs posibil în cel mai scurt timp.În industria petrolului și gazelor, piesele sau ansamblurile deteriorate pot costa mii de dolari sau mai mult în productivitate pierdută pe oră.Utilizarea AM pentru a restabili operațiunile poate fi deosebit de atractivă.
Un producător important de sisteme DED MX3D a lansat un prototip de instrument de reparare a țevilor.O conductă deteriorată poate costa între 100.000 și 1.000.000 de euro pe zi, potrivit companiei.Dispozitivul de fixare prezentat în pagina următoare folosește o piesă CNC ca cadru și folosește DED pentru a suda circumferința țevii.AM oferă rate mari de depunere cu deșeuri minime, în timp ce CNC oferă precizia necesară.
În 2021, o carcasă de apă imprimată 3D a fost instalată pe o platformă petrolieră TotalEnergies din Marea Nordului.Mantele de apă sunt un element critic folosit pentru controlul recuperării hidrocarburilor în puțurile aflate în construcție.În acest caz, beneficiile utilizării producției aditive sunt reducerea timpilor de livrare și reducerea emisiilor cu 45% în comparație cu jachetele tradiționale de apă forjate.
Un alt caz de afaceri pentru fabricarea aditivă este reducerea sculelor costisitoare.Phone Scope a dezvoltat adaptoare de digiscopie pentru dispozitivele care conectează camera telefonului dvs. la un telescop sau microscop.Telefoane noi sunt lansate în fiecare an, solicitând companiilor să lanseze o nouă linie de adaptoare.Folosind AM, o companie poate economisi bani pe instrumente scumpe care trebuie înlocuite atunci când sunt lansate telefoane noi.
Ca și în cazul oricărui proces sau tehnologie, fabricarea aditivă nu trebuie utilizată deoarece este considerată nouă sau diferită.Acest lucru este pentru a îmbunătăți dezvoltarea produselor și/sau procesele de fabricație.Ar trebui să adauge valoare.Exemple de alte cazuri de afaceri includ produse personalizate și personalizare în masă, funcționalitate complexă, piese integrate, material și greutate mai puține și performanță îmbunătățită.
Pentru ca AM să-și realizeze potențialul de creștere, provocările trebuie abordate.Pentru majoritatea aplicațiilor de producție, procesul trebuie să fie fiabil și reproductibil.Metodele ulterioare de automatizare a îndepărtarii materialelor pieselor și suporturilor și post-procesare vor ajuta.De asemenea, automatizarea crește productivitatea și reduce costul pe piesă.
Una dintre domeniile de cel mai mare interes este automatizarea post-procesare, cum ar fi îndepărtarea pulberii și finisarea.Prin automatizarea procesului de producție în masă a aplicațiilor, aceeași tehnologie poate fi repetată de mii de ori.Problema este că metodele specifice de automatizare pot varia în funcție de tipul piesei, dimensiunea, materialul și procesul.De exemplu, post-procesarea coroanelor dentare automate este foarte diferită de prelucrarea pieselor de motor rachetă, deși ambele pot fi realizate din metal.
Deoarece piesele sunt optimizate pentru AM, sunt adesea adăugate funcții mai avansate și canale interne.Pentru PBF, obiectivul principal este de a elimina 100% din pulbere.Solukon produce sisteme automate de îndepărtare a pulberii.Compania a dezvoltat o tehnologie numită Smart Powder Recovery (SRP) care se rotește și vibrează piesele metalice care sunt încă atașate de placa de construcție.Rotația și vibrația sunt controlate de modelul CAD al piesei.Prin mișcarea și scuturarea precisă a pieselor, pulberea captată curge aproape ca un lichid.Această automatizare reduce munca manuală și poate îmbunătăți fiabilitatea și reproductibilitatea îndepărtării pulberii.
Problemele și limitările îndepărtării manuale a pulberii pot limita viabilitatea utilizării AM pentru producția de masă, chiar și în cantități mici.Sistemele de îndepărtare a pulberii metalice Solukon pot funcționa într-o atmosferă inertă și pot colecta pulberea nefolosită pentru a fi reutilizată în mașinile AM.Solukon a efectuat un sondaj pentru clienți și a publicat un studiu în decembrie 2021 care arată că cele mai mari două preocupări sunt sănătatea ocupațională și reproductibilitatea.
Îndepărtarea manuală a pulberii din structurile de rășină PBF poate fi consumatoare de timp.Companii precum DyeMansion și PostProcess Technologies construiesc sisteme de post-procesare pentru a îndepărta automat pudra.Multe piese de fabricație aditivă pot fi încărcate într-un sistem care inversează și ejectează mediul pentru a elimina excesul de pulbere.HP are propriul sistem despre care se spune că îndepărtează pulberea din camera de construcție a Jet Fusion 5200 în 20 de minute.Sistemul stochează pulberea netopită într-un recipient separat pentru reutilizare sau reciclare pentru alte aplicații.
Companiile pot beneficia de automatizare dacă aceasta poate fi aplicată la majoritatea etapelor de post-procesare.DyeMansion oferă sisteme pentru îndepărtarea pulberii, pregătirea suprafețelor și vopsire.Sistemul PowerFuse S încarcă piesele, aburește părțile netede și le descarcă.Compania oferă un suport din oțel inoxidabil pentru piesele suspendate, care se realizează manual.Sistemul PowerFuse S poate produce o suprafață similară cu o matriță de injecție.
Cea mai mare provocare cu care se confruntă industria este înțelegerea oportunităților reale pe care le oferă automatizarea.Dacă trebuie făcute un milion de piese polimerice, procesele tradiționale de turnare sau turnare pot fi cea mai bună soluție, deși aceasta depinde de piesă.AM este adesea disponibil pentru prima execuție de producție în producția și testarea sculelor.Prin post-procesare automată, mii de piese pot fi produse în mod fiabil și reproductibil folosind AM, dar este specific pieselor și poate necesita o soluție personalizată.
AM nu are nimic de-a face cu industria.Multe organizații prezintă rezultate interesante de cercetare și dezvoltare care pot duce la buna funcționare a produselor și serviciilor.În industria aerospațială, Relativity Space produce unul dintre cele mai mari sisteme de fabricare a aditivilor metalici folosind tehnologia proprie DED, despre care compania speră că va fi folosit pentru fabricarea majorității rachetelor sale.Racheta sa Terran 1 poate livra o sarcină utilă de 1.250 kg pe orbita joasă a Pământului.Relativity intenționează să lanseze o rachetă de testare la jumătatea anului 2022 și planifică deja o rachetă mai mare, reutilizabilă, numită Terran R.
Rachetele Terran 1 și R de la Relativity Space sunt o modalitate inovatoare de a reimagina cum ar putea arăta viitorul zbor spațial.Proiectarea și optimizarea pentru fabricarea aditivă a stârnit interesul pentru această dezvoltare.Compania susține că această metodă reduce numărul de piese de 100 de ori comparativ cu rachetele tradiționale.De asemenea, compania susține că poate produce rachete din materii prime în termen de 60 de zile.Acesta este un exemplu excelent de combinare a mai multor părți într-una singură și de simplificare semnificativă a lanțului de aprovizionare.
În industria dentară, fabricarea aditivă este utilizată pentru a face coroane, punți, șabloane de foraj chirurgical, proteze parțiale și aliniere.Align Technology și SmileDirectClub folosesc imprimarea 3D pentru a produce piese pentru termoformarea alinierii din plastic transparent.Align Technology, producător de produse marca Invisalign, utilizează multe dintre sistemele de fotopolimerizare în băile 3D Systems.În 2021, compania a declarat că a tratat peste 10 milioane de pacienți de când a primit aprobarea FDA în 1998. Dacă tratamentul obișnuit al unui pacient constă din 10 aliniere, ceea ce este o estimare scăzută, compania a produs 100 de milioane sau mai multe piese AM.Piesele din FRP sunt greu de reciclat deoarece sunt termosetate.SmileDirectClub folosește sistemul HP Multi Jet Fusion (MJF) pentru a produce piese termoplastice care pot fi reciclate pentru alte aplicații.
Din punct de vedere istoric, VPP nu a fost capabil să producă piese subțiri, transparente, cu proprietăți de rezistență, pentru a fi utilizate ca aparate ortodontice.În 2021, LuxCreo și Graphy au lansat o posibilă soluție.Din februarie, Graphy are aprobarea FDA pentru imprimarea directă 3D a aparatelor dentare.Dacă le imprimați direct, procesul de la capăt la capăt este considerat mai scurt, mai ușor și, potențial, mai puțin costisitor.
O dezvoltare timpurie care a primit multă atenție mass-media a fost utilizarea imprimării 3D pentru aplicații de construcții la scară largă, cum ar fi locuințe.Adesea pereții casei sunt imprimați prin extrudare.Toate celelalte părți ale casei au fost realizate folosind metode și materiale tradiționale, inclusiv podele, tavane, acoperișuri, scări, uși, ferestre, electrocasnice, dulapuri și blaturi.Pereții imprimați 3D pot crește costul instalării energiei electrice, iluminatului, instalațiilor sanitare, conductelor și orificiilor de ventilație pentru încălzire și aer condiționat.Finisarea interiorului și exteriorului unui perete de beton este mai dificilă decât cu un design tradițional de perete.Modernizarea unei case cu pereți imprimați 3D este, de asemenea, un aspect important.
Cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge studiază cum să stocheze energia în pereții imprimați 3D.Prin introducerea țevilor în perete în timpul construcției, apa poate curge prin el pentru încălzire și răcire. Acest proiect de cercetare și dezvoltare este interesant și inovator, dar este încă într-un stadiu incipient de dezvoltare. Acest proiect de cercetare și dezvoltare este interesant și inovator, dar este încă într-un stadiu incipient de dezvoltare.Acest proiect de cercetare este interesant și inovator, dar este încă în stadiile incipiente de dezvoltare.Acest proiect de cercetare este interesant și inovator, dar încă în stadii incipiente de dezvoltare.
Majoritatea dintre noi nu sunt încă familiarizați cu economia tipăririi 3D a pieselor de construcție sau a altor obiecte mari.Tehnologia a fost folosită pentru a produce unele poduri, copertine, bănci de parc și elemente decorative pentru clădiri și mediul exterior.Se crede că avantajele producției aditive la scară mică (de la câțiva centimetri la câțiva metri) se aplică imprimării 3D la scară largă.Principalele beneficii ale utilizării producției aditive includ crearea de forme și caracteristici complexe, reducerea numărului de piese, reducerea materialului și a greutății și creșterea productivității.Dacă AM nu adaugă valoare, utilitatea sa ar trebui pusă la îndoială.
În octombrie 2021, Stratasys a achiziționat pachetul rămas de 55% din Xaar 3D, o filială a producătorului britanic de imprimante industriale cu jet de cerneală Xaar.Tehnologia PBF polimerică a Stratasys, numită Selective Absorbion Fusion, se bazează pe capete de imprimare cu jet de cerneală Xaar.Aparatul Stratasys H350 concurează cu sistemul HP MJF.
Cumpărarea Desktop Metal a fost impresionantă.În februarie 2021, compania a achiziționat Envisiontec, un producător de lungă durată de sisteme industriale de producție aditivă.În mai 2021, compania a achiziționat Adaptive3D, un dezvoltator de polimeri flexibili VPP.În iulie 2021, Desktop Metal a achiziționat Aerosint, un dezvoltator de procese de acoperire cu pulbere cu mai multe materiale.Cea mai mare achiziție a avut loc în august, când Desktop Metal a cumpărat concurentul ExOne pentru 575 de milioane de dolari.
Achiziția ExOne de către Desktop Metal reunește doi producători renumiți de sisteme BJT din metal.În general, tehnologia nu a atins încă nivelul pe care mulți cred.Companiile continuă să abordeze probleme precum repetabilitatea, fiabilitatea și înțelegerea cauzei principale a problemelor pe măsură ce apar.Chiar și așa, dacă problemele sunt rezolvate, mai este loc pentru ca tehnologia să ajungă pe piețe mai mari.În iulie 2021, 3DEO, un furnizor de servicii care folosește un sistem proprietar de imprimare 3D, a declarat că a livrat o milioneme clienților.
Dezvoltatorii de software și platforme cloud au înregistrat o creștere semnificativă în industria producției aditive.Acest lucru este valabil mai ales pentru sistemele de management al performanței (MES) care urmăresc lanțul valoric AM.3D Systems a fost de acord să achiziționeze Oqton în septembrie 2021 pentru 180 de milioane de dolari.Fondată în 2017, Oqton oferă soluții bazate pe cloud pentru a îmbunătăți fluxul de lucru și a îmbunătăți eficiența AM.Materialize a achiziționat Link3D în noiembrie 2021 pentru 33,5 milioane USD.La fel ca Oqton, platforma cloud Link3D urmărește munca și simplifică fluxul de lucru AM.
Una dintre cele mai recente achiziții din 2021 este achiziția Wohlers Associates de către ASTM International.Împreună lucrează pentru a valorifica brandul Wohlers pentru a sprijini adoptarea mai largă a AM la nivel mondial.Prin Centrul de Excelență ASTM AM, Wohlers Associates va continua să producă rapoarte Wohlers și alte publicații, precum și să ofere servicii de consultanță, analiză de piață și instruire.
Industria producției aditive s-a maturizat și multe industrii folosesc tehnologia pentru o gamă largă de aplicații.Dar imprimarea 3D nu va înlocui majoritatea celorlalte forme de producție.În schimb, este folosit pentru a crea noi tipuri de produse și modele de afaceri.Organizațiile folosesc AM pentru a reduce greutatea pieselor, pentru a reduce timpii de livrare și costurile instrumentelor și pentru a îmbunătăți personalizarea și performanța produselor.Se așteaptă ca industria producției aditive să-și continue traiectoria de creștere odată cu apariția de noi companii, produse, servicii, aplicații și cazuri de utilizare, adesea cu o viteză vertiginoasă.