Aditivna proizvodnja, znana tudi kot 3D-tiskanje, se je razvijala skoraj 35 let od komercialne uporabe.Letalska, avtomobilska, obrambna, energetska, transportna, medicinska, zobozdravstvena in potrošniška industrija uporabljajo aditivno proizvodnjo za širok spekter aplikacij.
S tako širokim sprejetjem je jasno, da aditivna proizvodnja ni rešitev, ki bi ustrezala vsem.V skladu s terminološkim standardom ISO/ASTM 52900 skoraj vsi komercialni sistemi aditivne proizvodnje spadajo v eno od sedmih kategorij procesov.Ti vključujejo ekstruzijo materiala (MEX), fotopolimerizacijo v kopeli (VPP), fuzijo s prašno posteljo (PBF), brizganje veziva (BJT), brizganje materiala (MJT), usmerjeno nanašanje energije (DED) in laminacijo listov (SHL).Tukaj so razvrščeni po priljubljenosti glede na prodajo enot.
Vedno več strokovnjakov v industriji, vključno z inženirji in menedžerji, se uči, kdaj lahko aditivna proizvodnja pomaga izboljšati izdelek ali proces in kdaj ne.V preteklosti so glavne pobude za uvedbo aditivne proizvodnje prišle od inženirjev, ki so imeli izkušnje s to tehnologijo.Vodstvo vidi več primerov, kako lahko aditivna proizvodnja izboljša produktivnost, skrajša dobavne roke in ustvari nove poslovne priložnosti.AM ne bo nadomestil večine tradicionalnih oblik proizvodnje, ampak bo postal del podjetnikovega arzenala razvoja izdelkov in proizvodnih zmogljivosti.
Aditivna proizvodnja ima širok spekter uporabe, od mikrofluidike do gradnje velikega obsega.Prednosti AM se razlikujejo glede na panogo, aplikacijo in zahtevano zmogljivost.Organizacije morajo imeti dobre razloge za uvedbo AM, ne glede na primer uporabe.Najpogostejši so konceptualno modeliranje, preverjanje dizajna ter preverjanje ustreznosti in funkcionalnosti.Vse več podjetij ga uporablja za ustvarjanje orodij in aplikacij za množično proizvodnjo, vključno z razvojem izdelkov po meri.
Za aplikacije v vesolju je teža glavni dejavnik.Po podatkih Nasinega centra za vesoljske polete Marshall stane približno 10.000 dolarjev, da se 0,45 kg tovora postavi v Zemljino orbito.Zmanjšanje teže satelitov lahko prihrani pri stroških izstrelitve.Priložena slika prikazuje kovinski AM del Swissto12, ki združuje več valovodov v en del.Pri AM se teža zmanjša na manj kot 0,08 kg.
Aditivna proizvodnja se uporablja v celotni vrednostni verigi v energetski industriji.Za nekatera podjetja je poslovni primer za uporabo AM hitro ponavljanje projektov za ustvarjanje najboljšega možnega izdelka v najkrajšem času.V naftni in plinski industriji lahko poškodovani deli ali sklopi stanejo na tisoče dolarjev ali več zaradi izgube produktivnosti na uro.Uporaba AM za obnovitev operacij je lahko še posebej privlačna.
Glavni proizvajalec sistemov DED MX3D je izdal prototip orodja za popravilo cevi.Po navedbah podjetja lahko poškodovan cevovod stane med 100.000 € in 1.000.000 € (113.157 $-1.131.570 $) na dan.Vpenjalo, prikazano na naslednji strani, uporablja CNC del kot okvir in uporablja DED za varjenje oboda cevi.AM zagotavlja visoke stopnje nanašanja z minimalnimi odpadki, medtem ko CNC zagotavlja zahtevano natančnost.
Leta 2021 je bilo 3D-natisnjeno vodno ohišje nameščeno na naftno ploščad TotalEnergies v Severnem morju.Vodni plašči so ključni element, ki se uporablja za nadzor pridobivanja ogljikovodikov v vrtinah v gradnji.V tem primeru so prednosti uporabe aditivne proizvodnje skrajšani dobavni časi in zmanjšane emisije za 45 % v primerjavi s tradicionalnimi kovanimi vodnimi jopiči.
Drug poslovni primer za aditivno proizvodnjo je zmanjšanje dragega orodja.Phone Scope je razvil digiscoping adapterje za naprave, ki povežejo kamero vašega telefona s teleskopom ali mikroskopom.Vsako leto se izdajo novi telefoni, ki od podjetij zahtevajo, da izdajo novo linijo adapterjev.Z uporabo AM lahko podjetje prihrani denar za draga orodja, ki jih je treba zamenjati, ko se izdajo novi telefoni.
Kot pri vsakem procesu ali tehnologiji se aditivna proizvodnja ne sme uporabljati, saj velja za novo ali drugačno.To je namenjeno izboljšanju razvoja izdelkov in/ali proizvodnih procesov.Dodati mora vrednost.Primeri drugih poslovnih primerov vključujejo izdelke po meri in množično prilagajanje, kompleksno funkcionalnost, integrirane dele, manj materiala in teže ter izboljšano zmogljivost.
Da bi AM uresničil svoj potencial rasti, se je treba spopasti z izzivi.Za večino proizvodnih aplikacij mora biti postopek zanesljiv in ponovljiv.Naslednje metode avtomatizacije odstranjevanja materiala delov in nosilcev ter naknadne obdelave bodo pomagale.Avtomatizacija prav tako poveča produktivnost in zmanjša stroške na del.
Eno izmed najbolj zanimivih področij je avtomatizacija naknadne obdelave, kot sta odstranjevanje prahu in končna obdelava.Z avtomatizacijo procesa množične proizvodnje aplikacij je mogoče isto tehnologijo ponoviti tisočkrat.Težava je v tem, da se določene metode avtomatizacije lahko razlikujejo glede na vrsto dela, velikost, material in postopek.Naknadna obdelava avtomatiziranih zobnih kron se na primer zelo razlikuje od obdelave delov raketnih motorjev, čeprav sta obe lahko izdelani iz kovine.
Ker so deli optimizirani za AM, so pogosto dodane naprednejše funkcije in notranji kanali.Pri PBF je glavni cilj odstraniti 100 % prahu.Solukon proizvaja avtomatske sisteme za odstranjevanje prahu.Podjetje je razvilo tehnologijo, imenovano Smart Powder Recovery (SRP), ki vrti in vibrira kovinske dele, ki so še vedno pritrjeni na gradbeno ploščo.Vrtenje in vibracije nadzira CAD model dela.Z natančnim premikanjem in stresanjem delov teče zajeti prah skoraj kot tekočina.Ta avtomatizacija zmanjša ročno delo in lahko izboljša zanesljivost in ponovljivost odstranjevanja prahu.
Težave in omejitve ročnega odstranjevanja prahu lahko omejijo sposobnost preživetja uporabe AM za množično proizvodnjo, tudi v majhnih količinah.Sistemi za odstranjevanje kovinskega prahu Solukon lahko delujejo v inertni atmosferi in zbirajo neuporabljen prah za ponovno uporabo v strojih AM.Solukon je izvedel anketo med strankami in decembra 2021 objavil študijo, ki je pokazala, da sta dve največji skrbi zdravje pri delu in ponovljivost.
Ročno odstranjevanje prahu iz smolnih struktur PBF je lahko dolgotrajno.Podjetja, kot sta DyeMansion in PostProcess Technologies, gradijo sisteme za naknadno obdelavo za samodejno odstranjevanje prahu.Številne dele za aditivno proizvodnjo je mogoče naložiti v sistem, ki obrne in izvrže medij, da odstrani odvečni prah.HP ima svoj sistem, ki naj bi v 20 minutah odstranil prah iz delovne komore Jet Fusion 5200.Sistem shranjuje nestopljen prah v ločeni posodi za ponovno uporabo ali recikliranje za druge namene.
Podjetja imajo lahko koristi od avtomatizacije, če jo je mogoče uporabiti za večino korakov naknadne obdelave.DyeMansion ponuja sisteme za odstranjevanje prahu, pripravo površin in barvanje.Sistem PowerFuse S naloži dele, pari gladke dele in jih razbremeni.Podjetje ponuja stojalo iz nerjavečega jekla za obešanje delov, ki se izdeluje ročno.Sistem PowerFuse S lahko proizvede površino, podobno kalupu za brizganje.
Največji izziv, s katerim se sooča industrija, je razumevanje resničnih priložnosti, ki jih ponuja avtomatizacija.Če je treba izdelati milijon polimernih delov, so morda najboljša rešitev tradicionalni postopki litja ali oblikovanja, čeprav je to odvisno od dela.AM je pogosto na voljo za prvo proizvodnjo v proizvodnji in testiranju orodij.Z avtomatizirano naknadno obdelavo je mogoče zanesljivo in ponovljivo proizvesti na tisoče delov z uporabo AM, vendar je specifičen za del in lahko zahteva rešitev po meri.
AM nima nobene zveze z industrijo.Številne organizacije predstavljajo zanimive rezultate raziskav in razvoja, ki lahko privedejo do pravilnega delovanja izdelkov in storitev.V vesoljski industriji Relativity Space proizvaja enega največjih sistemov za proizvodnjo kovinskih dodatkov z lastniško tehnologijo DED, za katero podjetje upa, da bo uporabljena za izdelavo večine njegovih raket.Njegova raketa Terran 1 lahko v nizko zemeljsko orbito prenese 1250 kg tovora.Relativity načrtuje izstrelitev testne rakete sredi leta 2022 in že načrtuje večjo raketo za večkratno uporabo, imenovano Terran R.
Rakete Terran 1 in R podjetja Relativity Space so inovativen način za ponovno predstavo o tem, kako bi lahko izgledali prihodnji vesoljski poleti.Oblikovanje in optimizacija za aditivno proizvodnjo sta sprožila zanimanje za ta razvoj.Podjetje trdi, da ta metoda zmanjša število delov za 100-krat v primerjavi s tradicionalnimi raketami.Podjetje prav tako trdi, da lahko proizvede rakete iz surovin v 60 dneh.To je odličen primer združevanja več delov v enega in močno poenostavitev dobavne verige.
V zobozdravstveni industriji se aditivna proizvodnja uporablja za izdelavo kron, mostičkov, kirurških vrtalnih šablon, delnih protez in poravnalnikov.Align Technology in SmileDirectClub uporabljata 3D-tiskanje za izdelavo delov za termoformiranje prozornih plastičnih poravnalnikov.Align Technology, proizvajalec izdelkov z blagovno znamko Invisalign, uporablja številne fotopolimerizacijske sisteme v kadeh 3D Systems.Leta 2021 je družba povedala, da je zdravila več kot 10 milijonov pacientov, odkar je leta 1998 prejela odobritev FDA. Če običajno zdravljenje pacienta obsega 10 poravnalnikov, kar je nizka ocena, je podjetje proizvedlo 100 milijonov ali več delov AM.FRP dele je težko reciklirati, ker so duroplastni.SmileDirectClub uporablja sistem HP Multi Jet Fusion (MJF) za proizvodnjo termoplastičnih delov, ki jih je mogoče reciklirati za druge namene.
Zgodovinsko gledano VPP ni mogel izdelati tankih, prozornih delov z lastnostmi trdnosti za uporabo kot ortodontski aparati.Leta 2021 sta LuxCreo in Graphy izdala možno rešitev.Od februarja ima Graphy odobritev FDA za neposredno 3D tiskanje zobnih aparatov.Če jih natisnete neposredno, velja, da je postopek od konca do konca krajši, lažji in potencialno cenejši.
Zgodnji razvoj, ki je prejel veliko medijske pozornosti, je bila uporaba 3D tiskanja za velike gradbene aplikacije, kot so stanovanja.Pogosto so stene hiše natisnjene z ekstrudiranjem.Vsi ostali deli hiše so bili izdelani s tradicionalnimi metodami in materiali, vključno s tlemi, stropi, strehami, stopnicami, vrati, okni, napravami, omarami in pulti.3D-natisnjene stene lahko povečajo stroške napeljave elektrike, razsvetljave, vodovoda, kanalov in zračnikov za ogrevanje in klimatizacijo.Dokončanje notranjosti in zunanjosti betonske stene je težje kot pri tradicionalni zasnovi stene.Pomemben dejavnik je tudi posodobitev doma s 3D natisnjenimi stenami.
Raziskovalci nacionalnega laboratorija Oak Ridge preučujejo, kako shraniti energijo v 3D-natisnjenih stenah.Z vstavljanjem cevi v steno med gradnjo lahko po njej teče voda za ogrevanje in hlajenje. Ta raziskovalno-razvojni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še vedno v zgodnji fazi razvoja. Ta raziskovalno-razvojni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še vedno v zgodnji fazi razvoja.Ta raziskovalni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še vedno v zgodnji fazi razvoja.Ta raziskovalni projekt je zanimiv in inovativen, a še vedno v zgodnjih fazah razvoja.
Večina od nas še ni seznanjena z ekonomiko 3D tiskanja gradbenih delov ali drugih velikih predmetov.Tehnologija je bila uporabljena za izdelavo nekaterih mostov, markiz, parkovnih klopi in dekorativnih elementov za zgradbe in zunanje okolje.Domneva se, da se prednosti aditivne proizvodnje v majhnih merilih (od nekaj centimetrov do nekaj metrov) nanašajo na obsežno 3D-tiskanje.Glavne prednosti uporabe aditivne proizvodnje vključujejo ustvarjanje kompleksnih oblik in lastnosti, zmanjšanje števila delov, zmanjšanje materiala in teže ter povečanje produktivnosti.Če AM ne dodaja vrednosti, je treba dvomiti o njegovi uporabnosti.
Oktobra 2021 je Stratasys kupil preostalih 55 % deleža v Xaar 3D, hčerinski družbi britanskega proizvajalca industrijskih brizgalnih tiskalnikov Xaar.Stratasysova polimerna PBF tehnologija, imenovana Selective Absorbion Fusion, temelji na brizgalnih tiskalnih glavah Xaar.Stroj Stratasys H350 tekmuje s sistemom HP MJF.
Nakup Desktop Metal je bil impresiven.Februarja 2021 je podjetje kupilo Envisiontec, dolgoletnega proizvajalca sistemov za industrijsko aditivno proizvodnjo.Maja 2021 je podjetje kupilo Adaptive3D, razvijalca fleksibilnih polimerov VPP.Julija 2021 je Desktop Metal kupil Aerosint, razvijalca večmaterialnih procesov praškastega lakiranja.Največji nakup se je zgodil avgusta, ko je Desktop Metal kupil konkurenta ExOne za 575 milijonov dolarjev.
Prevzem ExOne s strani Desktop Metal združuje dva priznana proizvajalca kovinskih BJT sistemov.Na splošno tehnologija še ni dosegla ravni, ki jo mnogi verjamejo.Podjetja še naprej obravnavajo vprašanja, kot so ponovljivost, zanesljivost in razumevanje temeljnega vzroka težav, ko se pojavijo.Kljub temu, če so težave odpravljene, še vedno obstaja prostor, da tehnologija doseže večje trge.Julija 2021 je 3DEO, ponudnik storitev, ki uporablja lastniški sistem 3D-tiskanja, dejal, da je strankam poslal milijontino.
Razvijalci programske opreme in platform v oblaku so opazili znatno rast v aditivni proizvodni industriji.To še posebej velja za sisteme upravljanja uspešnosti (MES), ki sledijo vrednostni verigi AM.3D Systems se je septembra 2021 strinjal s prevzemom Oqtona za 180 milijonov dolarjev.Podjetje Oqton, ustanovljeno leta 2017, ponuja rešitve v oblaku za izboljšanje poteka dela in izboljšanje učinkovitosti AM.Materialize je kupil Link3D novembra 2021 za 33,5 milijona USD.Tako kot Oqton platforma v oblaku Link3D sledi delu in poenostavlja potek dela AM.
Ena zadnjih pridobitev v letu 2021 je pridobitev družbe Wohlers Associates s strani ASTM International.Skupaj si prizadevajo izkoristiti blagovno znamko Wohlers za podporo širšemu sprejemanju AM po vsem svetu.Prek Centra odličnosti ASTM AM bodo Wohlers Associates še naprej pripravljali Wohlersova poročila in druge publikacije ter zagotavljali svetovalne storitve, tržne analize in usposabljanje.
Industrija aditivne proizvodnje je dozorela in številne industrije uporabljajo tehnologijo za širok spekter aplikacij.Toda 3D-tiskanje ne bo nadomestilo večine drugih oblik proizvodnje.Namesto tega se uporablja za ustvarjanje novih vrst izdelkov in poslovnih modelov.Organizacije uporabljajo AM za zmanjšanje teže delov, skrajšanje dobavnih časov in stroškov orodij ter izboljšanje personalizacije in učinkovitosti izdelkov.Pričakuje se, da bo industrija aditivne proizvodnje nadaljevala svojo pot rasti z novimi podjetji, izdelki, storitvami, aplikacijami in primeri uporabe, pogosto z vrtoglavo hitrostjo.