Aditívna výroba, známa aj ako 3D tlač, sa od svojho komerčného využitia neustále vyvíja už takmer 35 rokov.Letecký, automobilový, obranný, energetický, dopravný, medicínsky, zubný a spotrebný priemysel využíva aditívnu výrobu pre široké spektrum aplikácií.
Pri takom rozšírenom prijatí je jasné, že aditívna výroba nie je univerzálnym riešením.Podľa terminologickej normy ISO/ASTM 52900 spadajú takmer všetky komerčné systémy aditívnej výroby do jednej zo siedmich kategórií procesov.Patria sem extrúzia materiálu (MEX), fotopolymerizácia v kúpeli (VPP), fúzia v práškovom lôžku (PBF), striekanie spojiva (BJT), striekanie materiálu (MJT), nanášanie s usmernenou energiou (DED) a laminovanie plechov (SHL).Tu sú zoradené podľa obľúbenosti na základe jednotkového predaja.
Rastúci počet odborníkov v tomto odvetví, vrátane inžinierov a manažérov, sa učí, kedy aditívna výroba môže pomôcť zlepšiť produkt alebo proces a kedy nie.Historicky hlavné iniciatívy na implementáciu aditívnej výroby pochádzali od inžinierov, ktorí majú s touto technológiou skúsenosti.Vedenie vidí viac príkladov toho, ako môže aditívna výroba zlepšiť produktivitu, skrátiť dodacie lehoty a vytvoriť nové obchodné príležitosti.AM nenahradí väčšinu tradičných foriem výroby, ale stane sa súčasťou podnikateľského arzenálu vývoja produktov a výrobných schopností.
Aditívna výroba má širokú škálu aplikácií, od mikrofluidiky až po veľkorozmernú konštrukciu.Výhody AM sa líšia podľa odvetvia, aplikácie a požadovaného výkonu.Organizácie musia mať dobré dôvody na implementáciu AM, bez ohľadu na prípad použitia.Najčastejšie ide o koncepčné modelovanie, overovanie návrhu a overovanie vhodnosti a funkčnosti.Čoraz viac spoločností ho využíva na vytváranie nástrojov a aplikácií pre sériovú výrobu, vrátane zákazkového vývoja produktov.
Pre letecké aplikácie je hlavným faktorom hmotnosť.Podľa Marshall Space Flight Center NASA stojí vynesenie 0,45 kg nákladu na obežnú dráhu Zeme asi 10 000 dolárov.Zníženie hmotnosti satelitov môže ušetriť náklady na vypustenie.Na priloženom obrázku je kovový AM diel Swissto12, ktorý kombinuje niekoľko vlnovodov do jedného dielu.S AM sa hmotnosť zníži na menej ako 0,08 kg.
Aditívna výroba sa používa v celom hodnotovom reťazci v energetickom priemysle.Pre niektoré spoločnosti je obchodným prípadom používania AM rýchle opakovanie projektov na vytvorenie najlepšieho možného produktu v čo najkratšom čase.V ropnom a plynárenskom priemysle môžu poškodené diely alebo zostavy stáť tisíce dolárov alebo viac v strate produktivity za hodinu.Použitie AM na obnovenie operácií môže byť obzvlášť atraktívne.
Veľký výrobca DED systémov MX3D vydal prototyp nástroja na opravu rúr.Poškodené potrubie môže podľa spoločnosti stáť 100 000 až 1 000 000 EUR (113 157 – 1 131 570 USD) denne.Upínadlo zobrazené na ďalšej strane používa CNC časť ako rám a používa DED na zváranie obvodu potrubia.AM poskytuje vysoké rýchlosti nanášania s minimálnym odpadom, zatiaľ čo CNC poskytuje požadovanú presnosť.
V roku 2021 bol na ropnú plošinu TotalEnergies v Severnom mori nainštalovaný 3D tlačený vodný obal.Vodné plášte sú kritickým prvkom používaným na kontrolu získavania uhľovodíkov v vrtoch vo výstavbe.V tomto prípade sú výhody použitia aditívnej výroby skrátené doby prípravy a znížené emisie o 45 % v porovnaní s tradičnými kovanými vodnými bundami.
Ďalším obchodným prípadom aditívnej výroby je zníženie nákladných nástrojov.Phone Scope vyvinul digiscoping adaptéry pre zariadenia, ktoré pripájajú fotoaparát vášho telefónu k ďalekohľadu alebo mikroskopu.Každý rok sa vydávajú nové telefóny, čo od spoločností vyžaduje, aby vydali nový rad adaptérov.Používaním AM môže spoločnosť ušetriť peniaze za drahé nástroje, ktoré je potrebné vymeniť pri uvedení nových telefónov.
Ako pri každom procese alebo technológii, aditívna výroba by sa nemala používať, pretože sa považuje za novú alebo odlišnú.Ide o zlepšenie vývoja produktov a/alebo výrobných procesov.Malo by to pridanú hodnotu.Príklady iných obchodných prípadov zahŕňajú vlastné produkty a hromadné prispôsobenie, komplexnú funkčnosť, integrované diely, menej materiálu a hmotnosti a lepší výkon.
Aby AM realizoval svoj rastový potenciál, je potrebné riešiť výzvy.Pre väčšinu výrobných aplikácií musí byť proces spoľahlivý a reprodukovateľný.Pomôžu následné metódy automatizácie odoberania materiálu dielov a podpier a následného spracovania.Automatizácia tiež zvyšuje produktivitu a znižuje náklady na diel.
Jednou z oblastí najväčšieho záujmu je automatizácia následného spracovania, ako je odstraňovanie prášku a konečná úprava.Automatizáciou procesu hromadnej výroby aplikácií je možné rovnakú technológiu zopakovať tisíckrát.Problém je v tom, že špecifické metódy automatizácie sa môžu líšiť podľa typu dielu, veľkosti, materiálu a procesu.Napríklad následné spracovanie automatizovaných zubných koruniek je veľmi odlišné od spracovania častí raketových motorov, hoci obe môžu byť vyrobené z kovu.
Keďže diely sú optimalizované pre AM, často sa pridávajú pokročilejšie funkcie a interné kanály.Pre PBF je hlavným cieľom odstrániť 100 % prášku.Solukon vyrába systémy na automatické odstraňovanie prášku.Spoločnosť vyvinula technológiu nazvanú Smart Powder Recovery (SRP), ktorá otáča a vibruje kovovými časťami, ktoré sú stále pripevnené k konštrukčnej doske.Rotácia a vibrácie sú riadené CAD modelom dielu.Presným pohybom a natriasaním dielov tečie zachytený prášok takmer ako kvapalina.Táto automatizácia znižuje manuálnu prácu a môže zlepšiť spoľahlivosť a reprodukovateľnosť odstraňovania prášku.
Problémy a obmedzenia ručného odstraňovania prášku môžu obmedziť životaschopnosť použitia AM na hromadnú výrobu, dokonca aj v malých množstvách.Systémy na odstraňovanie kovového prášku Solukon môžu pracovať v inertnej atmosfére a zbierať nepoužitý prášok na opätovné použitie v AM strojoch.Spoločnosť Solukon vykonala zákaznícky prieskum a v decembri 2021 zverejnila štúdiu, ktorá ukazuje, že dve najväčšie obavy sú zdravie pri práci a reprodukovateľnosť.
Manuálne odstránenie prášku zo štruktúr PBF živice môže byť časovo náročné.Spoločnosti ako DyeMansion a PostProcess Technologies budujú systémy následného spracovania na automatické odstránenie prášku.Mnohé diely aditívnej výroby možno vložiť do systému, ktorý obráti a vysunie médium, aby odstránil prebytočný prášok.HP má svoj vlastný systém, o ktorom sa hovorí, že odstráni prášok z konštrukčnej komory Jet Fusion 5200 za 20 minút.Systém uchováva neroztopený prášok v samostatnej nádobe na opätovné použitie alebo recykláciu pre iné aplikácie.
Spoločnosti môžu profitovať z automatizácie, ak ju možno aplikovať na väčšinu krokov po spracovaní.DyeMansion ponúka systémy na odstraňovanie prášku, prípravu povrchu a lakovanie.Systém PowerFuse S naloží diely, naparí hladké diely a vyloží ich.Spoločnosť poskytuje nerezový stojan na zavesenie dielov, ktorý je vyrobený ručne.Systém PowerFuse S dokáže vytvoriť povrch podobný vstrekovacej forme.
Najväčšou výzvou, ktorej toto odvetvie čelí, je pochopenie skutočných príležitostí, ktoré automatizácia ponúka.Ak je potrebné vyrobiť milión polymérových dielov, najlepším riešením môžu byť tradičné procesy odlievania alebo formovania, hoci to závisí od dielu.AM je často k dispozícii pre prvú výrobnú sériu pri výrobe a testovaní nástrojov.Prostredníctvom automatizovaného následného spracovania je možné spoľahlivo a reprodukovateľne vyrobiť tisíce dielov pomocou AM, ale je to špecifické pre jednotlivé diely a môže si vyžadovať vlastné riešenie.
AM nemá nič spoločné s priemyslom.Mnohé organizácie prezentujú zaujímavé výsledky výskumu a vývoja, ktoré môžu viesť k správnemu fungovaniu produktov a služieb.V leteckom a kozmickom priemysle vyrába Relativity Space jeden z najväčších systémov na výrobu kovových aditív pomocou vlastnej technológie DED, o ktorej spoločnosť dúfa, že sa bude používať na výrobu väčšiny jej rakiet.Jeho raketa Terran 1 dokáže vyniesť 1 250 kg nákladu na nízku obežnú dráhu Zeme.Relativity plánuje spustiť testovaciu raketu v polovici roku 2022 a už plánuje väčšiu, opakovane použiteľnú raketu s názvom Terran R.
Rakety Terran 1 a R spoločnosti Relativity Space predstavujú inovatívny spôsob, ako si predstaviť, ako by mohol vyzerať budúci vesmírny let.Dizajn a optimalizácia pre aditívnu výrobu vyvolali záujem o tento vývoj.Spoločnosť tvrdí, že táto metóda znižuje počet dielov 100-krát v porovnaní s tradičnými raketami.Spoločnosť tiež tvrdí, že dokáže vyrobiť rakety zo surovín do 60 dní.Toto je skvelý príklad spojenia mnohých častí do jednej a výrazného zjednodušenia dodávateľského reťazca.
V dentálnom priemysle sa aditívna výroba používa na výrobu koruniek, mostíkov, chirurgických vŕtacích šablón, čiastočných zubných protéz a vyrovnávačov.Align Technology a SmileDirectClub používajú 3D tlač na výrobu dielov na tepelné tvarovanie čírych plastových vyrovnávačov.Spoločnosť Align Technology, výrobca značkových produktov Invisalign, využíva mnohé z fotopolymerizačných systémov v kúpeľoch 3D Systems.V roku 2021 spoločnosť uviedla, že od prijatia schválenia FDA v roku 1998 ošetrila viac ako 10 miliónov pacientov. Ak liečba typického pacienta pozostáva z 10 zarovnávačov, čo je nízky odhad, spoločnosť vyrobila 100 miliónov alebo viac súčiastok AM.Časti FRP sa ťažko recyklujú, pretože sú termosetové.SmileDirectClub využíva systém HP Multi Jet Fusion (MJF) na výrobu termoplastických dielov, ktoré je možné recyklovať pre iné aplikácie.
Historicky VPP nedokázala vyrábať tenké, priehľadné diely s pevnostnými vlastnosťami na použitie ako ortodontické aparáty.V roku 2021 vydali LuxCreo a Graphy možné riešenie.Od februára má Graphy schválenie FDA na priamu 3D tlač zubných prístrojov.Ak ich vytlačíte priamo, celý proces sa považuje za kratší, jednoduchší a potenciálne menej nákladný.
Prvým vývojom, ktorý si získal veľkú pozornosť médií, bolo použitie 3D tlače pre rozsiahle stavebné aplikácie, ako je bývanie.Steny domu sú často tlačené vytláčaním.Všetky ostatné časti domu boli vyrobené s použitím tradičných metód a materiálov, vrátane podláh, stropov, striech, schodísk, dverí, okien, spotrebičov, skriniek a pracovných dosiek.3D tlačené steny môžu zvýšiť náklady na inštaláciu elektriny, osvetlenia, inštalatérskych prác, potrubí a vetracích otvorov pre vykurovanie a klimatizáciu.Dokončenie interiéru a exteriéru betónovej steny je náročnejšie ako pri tradičnom dizajne steny.Modernizácia domu pomocou 3D tlačených stien je tiež dôležitým faktorom.
Vedci z Národného laboratória Oak Ridge študujú, ako uchovávať energiu v 3D tlačených stenách.Vložením rúrok do steny počas výstavby ňou môže pretekať voda na vykurovanie a chladenie. Tento výskumný a vývojový projekt je zaujímavý a inovatívny, no stále je v ranom štádiu vývoja. Tento výskumný a vývojový projekt je zaujímavý a inovatívny, no stále je v ranom štádiu vývoja.Tento výskumný projekt je zaujímavý a inovatívny, no stále je v počiatočnom štádiu vývoja.Tento výskumný projekt je zaujímavý a inovatívny, no stále je v počiatočnom štádiu vývoja.
Väčšina z nás ešte nie je oboznámená s ekonomikou 3D tlače stavebných dielov alebo iných veľkých objektov.Technológiou sa vyrábajú niektoré mosty, markízy, parkové lavičky a dekoratívne prvky budov a vonkajšieho prostredia.Predpokladá sa, že výhody aditívnej výroby v malých mierkach (od niekoľkých centimetrov do niekoľkých metrov) sa vzťahujú na veľkoplošnú 3D tlač.Medzi hlavné výhody používania aditívnej výroby patrí vytváranie zložitých tvarov a prvkov, zníženie počtu dielov, zníženie materiálu a hmotnosti a zvýšenie produktivity.Ak AM neprináša pridanú hodnotu, mala by sa spochybniť jeho užitočnosť.
V októbri 2021 získal Stratasys zvyšný 55% podiel v Xaar 3D, dcérskej spoločnosti britského výrobcu priemyselných atramentových tlačiarní Xaar.Polymérna PBF technológia spoločnosti Stratasys, nazývaná Selektívna Absorbcia Fusion, je založená na atramentových tlačových hlavách Xaar.Stroj Stratasys H350 konkuruje systému HP MJF.
Nákup Desktop Metal bol pôsobivý.Vo februári 2021 spoločnosť získala Envisiontec, dlhoročného výrobcu priemyselných systémov na výrobu aditív.V máji 2021 spoločnosť získala Adaptive3D, vývojára flexibilných VPP polymérov.V júli 2021 spoločnosť Desktop Metal získala Aerosint, vývojára procesov nanášania práškových farieb na rôzne materiály.Najväčšia akvizícia prišla v auguste, keď Desktop Metal kúpil konkurenta ExOne za 575 miliónov dolárov.
Akvizícia ExOne spoločnosťou Desktop Metal spája dvoch renomovaných výrobcov kovových BJT systémov.Vo všeobecnosti technológia ešte nedosiahla úroveň, ktorej mnohí veria.Spoločnosti pokračujú v riešení problémov, ako je opakovateľnosť, spoľahlivosť a pochopenie základnej príčiny problémov, keď sa objavia.Napriek tomu, ak sa problémy vyriešia, stále existuje priestor na to, aby sa technológia dostala na väčšie trhy.V júli 2021 3DEO, poskytovateľ služieb, ktorý používa vlastný systém 3D tlače, uviedol, že zákazníkom dodal milióntinu.
Vývojári softvéru a cloudových platforiem zaznamenali výrazný rast v odvetví aditívnej výroby.Platí to najmä pre systémy riadenia výkonnosti (MES), ktoré sledujú hodnotový reťazec AM.Spoločnosť 3D Systems súhlasila s akvizíciou spoločnosti Oqton v septembri 2021 za 180 miliónov dolárov.Spoločnosť Oqton, založená v roku 2017, poskytuje cloudové riešenia na zlepšenie pracovného toku a zvýšenie efektivity AM.Materialise získala Link3D v novembri 2021 za 33,5 milióna dolárov.Rovnako ako Oqton, aj tracky cloudovej platformy Link3D fungujú a zjednodušujú AM workflow.
Jednou z posledných akvizícií v roku 2021 je akvizícia spoločnosti Wohlers Associates spoločnosťou ASTM International.Spoločne pracujú na využití značky Wohlers na podporu širšieho prijatia AM po celom svete.Prostredníctvom centra excelentnosti ASTM AM bude spoločnosť Wohlers Associates naďalej vytvárať správy a ďalšie publikácie spoločnosti Wohlers, ako aj poskytovať poradenské služby, analýzy trhu a školenia.
Priemysel aditívnej výroby dozrel a mnohé priemyselné odvetvia využívajú túto technológiu na široké spektrum aplikácií.3D tlač však nenahradí väčšinu iných foriem výroby.Namiesto toho sa používa na vytváranie nových typov produktov a obchodných modelov.Organizácie používajú AM na zníženie hmotnosti dielov, zníženie dodacích lehôt a nákladov na nástroje a zlepšenie prispôsobenia produktu a výkonu.Očakáva sa, že priemysel aditívnej výroby bude pokračovať vo svojej rastovej trajektórii s novými spoločnosťami, produktmi, službami, aplikáciami a prípadmi použitia, ktoré sa často objavujú závratnou rýchlosťou.