Utengenezaji wa viongeza, unaojulikana pia kama uchapishaji wa 3D, umeendelea kubadilika kwa karibu miaka 35 tangu matumizi yake ya kibiashara. Viwanda vya anga, magari, ulinzi, nishati, usafiri, matibabu, meno, na watumiaji hutumia utengenezaji wa viongeza kwa matumizi mbalimbali.
Kwa kupitishwa kwa wingi hivyo, ni wazi kwamba utengenezaji wa viongezeo si suluhisho la ukubwa mmoja linalofaa wote. Kulingana na kiwango cha istilahi cha ISO/ASTM 52900, karibu mifumo yote ya utengenezaji wa viongezeo vya kibiashara iko katika moja ya kategoria saba za michakato. Hizi ni pamoja na uondoaji wa nyenzo (MEX), upolimishaji wa bafu (VPP), muunganiko wa kitanda cha unga (PBF), unyunyiziaji wa binder (BJT), unyunyiziaji wa nyenzo (MJT), uwekaji wa nishati iliyoelekezwa (DED), na lamination ya karatasi (SHL). Hapa zimepangwa kwa umaarufu kulingana na mauzo ya vitengo.
Idadi inayoongezeka ya wataalamu wa tasnia, wakiwemo wahandisi na mameneja, wanajifunza wakati utengenezaji wa nyongeza unaweza kusaidia kuboresha bidhaa au mchakato na wakati hauwezi. Kihistoria, mipango mikubwa ya kutekeleza utengenezaji wa nyongeza imetoka kwa wahandisi wenye uzoefu na teknolojia hiyo. Usimamizi unaona mifano zaidi ya jinsi utengenezaji wa nyongeza unavyoweza kuboresha tija, kupunguza muda wa kuongoza na kuunda fursa mpya za biashara. AM haitachukua nafasi ya aina nyingi za kitamaduni za utengenezaji, lakini itakuwa sehemu ya safu ya uundaji wa bidhaa na uwezo wa utengenezaji wa mjasiriamali.
Utengenezaji wa viongeza una matumizi mbalimbali, kuanzia microfluidics hadi ujenzi wa kiwango kikubwa. Faida za AM hutofautiana kulingana na tasnia, matumizi, na utendaji unaohitajika. Mashirika lazima yawe na sababu nzuri za kutekeleza AM, bila kujali hali ya matumizi. Yanayojulikana zaidi ni uundaji wa dhana, uthibitishaji wa muundo, na uthibitishaji wa ufaafu na utendaji. Makampuni mengi zaidi yanaitumia kuunda zana na matumizi ya uzalishaji wa wingi, ikiwa ni pamoja na uundaji wa bidhaa maalum.
Kwa matumizi ya anga za juu, uzito ni jambo muhimu. Inagharimu takriban $10,000 kuweka mzigo wa kilo 0.45 kwenye mzunguko wa Dunia, kulingana na Kituo cha Ndege cha Nafasi cha Marshall cha NASA. Kupunguza uzito wa setilaiti kunaweza kuokoa gharama za uzinduzi. Picha iliyoambatanishwa inaonyesha sehemu ya AM ya chuma ya Swissto12 ambayo inachanganya miongozo kadhaa ya mawimbi katika sehemu moja. Kwa AM, uzito hupunguzwa hadi chini ya kilo 0.08.
Utengenezaji wa viongeza hutumika katika mnyororo wa thamani katika tasnia ya nishati. Kwa baadhi ya makampuni, kesi ya biashara ya kutumia AM ni kuharakisha miradi ili kuunda bidhaa bora zaidi kwa muda mfupi zaidi. Katika tasnia ya mafuta na gesi, sehemu au mikusanyiko iliyoharibika inaweza kugharimu maelfu ya dola au zaidi katika uzalishaji uliopotea kwa saa. Kutumia AM kurejesha shughuli kunaweza kuvutia sana.
Mtengenezaji mkuu wa mifumo ya DED MX3D ametoa kifaa cha kutengeneza bomba la mfano. Bomba lililoharibika linaweza kugharimu kati ya €100,000 na €1,000,000 ($113,157-$1,131,570) kwa siku, kulingana na kampuni hiyo. Kifaa kinachoonyeshwa kwenye ukurasa unaofuata hutumia sehemu ya CNC kama fremu na hutumia DED kulehemu mzingo wa bomba. AM hutoa viwango vya juu vya utuaji na taka ndogo, huku CNC ikitoa usahihi unaohitajika.
Mnamo 2021, kifuniko cha maji kilichochapishwa cha 3D kiliwekwa kwenye kifaa cha mafuta cha TotalEnergies katika Bahari ya Kaskazini. Vifuniko vya maji ni kipengele muhimu kinachotumika kudhibiti urejeshaji wa hidrokaboni katika visima vinavyojengwa. Katika hali hii, faida za kutumia utengenezaji wa viongezeo ni kupungua kwa muda wa risasi na kupungua kwa uzalishaji wa hewa chafu kwa 45% ikilinganishwa na vifuniko vya maji vya jadi vilivyotengenezwa kwa kughushi.
Mfano mwingine wa biashara kwa ajili ya utengenezaji wa nyongeza ni kupungua kwa vifaa vya gharama kubwa. Phone Scope imetengeneza adapta za digiscoping kwa vifaa vinavyounganisha kamera ya simu yako na darubini au darubini. Simu mpya hutolewa kila mwaka, na kuhitaji makampuni kutoa aina mpya ya adapta. Kwa kutumia AM, kampuni inaweza kuokoa pesa kwenye vifaa vya gharama kubwa vinavyohitaji kubadilishwa wakati simu mpya zinatolewa.
Kama ilivyo kwa mchakato au teknolojia yoyote, utengenezaji wa nyongeza haupaswi kutumika kwani unachukuliwa kuwa mpya au tofauti. Hii ni kuboresha michakato ya ukuzaji wa bidhaa na/au utengenezaji. Inapaswa kuongeza thamani. Mifano ya kesi zingine za biashara ni pamoja na bidhaa maalum na ubinafsishaji wa wingi, utendaji tata, sehemu zilizojumuishwa, nyenzo na uzito mdogo, na utendaji ulioboreshwa.
Ili AM itambue uwezo wake wa ukuaji, changamoto zinahitaji kushughulikiwa. Kwa matumizi mengi ya utengenezaji, mchakato lazima uwe wa kuaminika na unaoweza kurudiwa. Mbinu zinazofuata za kuondoa kiotomatiki nyenzo za sehemu na vifaa vya kutegemeza na usindikaji baada ya usindikaji zitasaidia. Otomatiki pia huongeza tija na hupunguza gharama kwa kila sehemu.
Mojawapo ya maeneo yanayovutia zaidi ni otomatiki baada ya usindikaji kama vile kuondoa na kumaliza unga. Kwa kuendesha otomatiki mchakato wa uzalishaji wa wingi wa matumizi, teknolojia hiyo hiyo inaweza kurudiwa mara elfu. Tatizo ni kwamba mbinu maalum za otomatiki zinaweza kutofautiana kulingana na aina ya sehemu, ukubwa, nyenzo, na mchakato. Kwa mfano, usindikaji baada ya taji za meno otomatiki ni tofauti sana na usindikaji wa sehemu za injini za roketi, ingawa zote mbili zinaweza kutengenezwa kwa chuma.
Kwa sababu sehemu zimeboreshwa kwa ajili ya AM, vipengele vya hali ya juu zaidi na njia za ndani mara nyingi huongezwa. Kwa PBF, lengo kuu ni kuondoa 100% ya unga. Solukon hutengeneza mifumo ya kuondoa unga kiotomatiki. Kampuni hiyo imeunda teknolojia inayoitwa Smart Powder Recovery (SRP) ambayo huzunguka na kutetemesha sehemu za chuma ambazo bado zimeunganishwa kwenye bamba la ujenzi. Mzunguko na mtetemo hudhibitiwa na modeli ya CAD ya sehemu hiyo. Kwa kusogeza na kutikisa sehemu hizo kwa usahihi, unga uliokamatwa hutiririka karibu kama kioevu. Otomatiki hii hupunguza kazi ya mikono na inaweza kuboresha uaminifu na urejelezaji wa kuondolewa kwa unga.
Matatizo na mapungufu ya kuondoa unga kwa mikono yanaweza kupunguza uwezekano wa kutumia AM kwa uzalishaji wa wingi, hata kwa kiasi kidogo. Mifumo ya kuondoa unga wa metali wa Solukon inaweza kufanya kazi katika angahewa isiyo na maji na kukusanya unga usiotumika kwa ajili ya kutumika tena katika mashine za AM. Solukon ilifanya utafiti kwa wateja na kuchapisha utafiti mnamo Desemba 2021 ikionyesha kwamba wasiwasi mkubwa zaidi ni afya ya kazini na uzazi tena.
Kuondoa unga kwa mikono kutoka kwa miundo ya resini ya PBF kunaweza kuchukua muda mrefu. Makampuni kama vile DyeMansion na PostProcess Technologies yanajenga mifumo ya baada ya usindikaji ili kuondoa unga kiotomatiki. Vipuri vingi vya utengenezaji wa nyongeza vinaweza kupakiwa kwenye mfumo unaogeuza na kutoa kati ili kuondoa unga uliozidi. HP ina mfumo wake ambao unasemekana kuondoa unga kutoka kwa chumba cha ujenzi cha Jet Fusion 5200 kwa dakika 20. Mfumo huhifadhi unga usioyeyuka kwenye chombo tofauti kwa ajili ya kutumika tena au kuchakata tena kwa matumizi mengine.
Makampuni yanaweza kunufaika na otomatiki ikiwa inaweza kutumika katika hatua nyingi za baada ya usindikaji. DyeMansion hutoa mifumo ya kuondoa unga, kuandaa uso na kupaka rangi. Mfumo wa PowerFuse S hupakia sehemu, huvukiza sehemu laini na kuzipakua. Kampuni hutoa rafu ya chuma cha pua kwa ajili ya kutundika sehemu, ambayo hufanywa kwa mkono. Mfumo wa PowerFuse S unaweza kutoa uso unaofanana na ukungu wa sindano.
Changamoto kubwa inayokabili tasnia hii ni kuelewa fursa halisi ambazo otomatiki hutoa. Ikiwa sehemu milioni moja za polima zinahitaji kutengenezwa, michakato ya kitamaduni ya uundaji au ukingo inaweza kuwa suluhisho bora, ingawa hii inategemea sehemu hiyo. AM mara nyingi inapatikana kwa ajili ya uzalishaji wa kwanza katika utengenezaji na majaribio ya zana. Kupitia usindikaji otomatiki baada ya usindikaji, maelfu ya sehemu zinaweza kuzalishwa kwa uaminifu na kwa njia ya kurudia kwa kutumia AM, lakini ni maalum kwa sehemu na inaweza kuhitaji suluhisho maalum.
AM haina uhusiano wowote na tasnia. Mashirika mengi yanatoa matokeo ya utafiti na maendeleo ya kuvutia ambayo yanaweza kusababisha utendakazi mzuri wa bidhaa na huduma. Katika tasnia ya anga, Relativity Space hutoa moja ya mifumo mikubwa zaidi ya utengenezaji wa viongeza vya chuma kwa kutumia teknolojia ya DED ya kibinafsi, ambayo kampuni inatumai itatumika kutengeneza roketi zake nyingi. Roketi yake ya Terran 1 inaweza kutoa mzigo wa kilo 1,250 kwenye mzunguko wa chini wa Dunia. Relativity inapanga kuzindua roketi ya majaribio katikati ya 2022 na tayari inapanga roketi kubwa zaidi, inayoweza kutumika tena inayoitwa Terran R.
Roketi za Terran 1 na R za Relativity Space ni njia bunifu ya kufikiria upya jinsi safari ya anga ya baadaye inaweza kuonekana. Ubunifu na uboreshaji wa utengenezaji wa nyongeza ulichochea shauku katika maendeleo haya. Kampuni inadai kwamba njia hii inapunguza idadi ya sehemu kwa mara 100 ikilinganishwa na roketi za kitamaduni. Kampuni pia inadai kuwa inaweza kutoa roketi kutoka kwa malighafi ndani ya siku 60. Huu ni mfano mzuri wa kuchanganya sehemu nyingi kuwa moja na kurahisisha sana mnyororo wa usambazaji.
Katika tasnia ya meno, utengenezaji wa viongeza hutumika kutengeneza taji, madaraja, violezo vya kuchimba visima vya upasuaji, meno bandia na aligners. Align Technology na SmileDirectClub hutumia uchapishaji wa 3D kutengeneza sehemu za aligners za plastiki zilizo wazi zinazotengeneza joto. Align Technology, mtengenezaji wa bidhaa zenye chapa ya Invisalign, hutumia mifumo mingi ya upolimeri katika bafu za Mifumo ya 3D. Mnamo 2021, kampuni ilisema ilikuwa imewatibu wagonjwa zaidi ya milioni 10 tangu ilipopokea idhini ya FDA mnamo 1998. Ikiwa matibabu ya kawaida ya mgonjwa yana aligners 10, ambayo ni makadirio ya chini, kampuni imetengeneza sehemu milioni 100 au zaidi za AM. Sehemu za FRP ni ngumu kuzitumia tena kwa sababu ni thermoset. SmileDirectClub inatumia mfumo wa HP Multi Jet Fusion (MJF) kutengeneza sehemu za thermoplastic ambazo zinaweza kutumika tena kwa matumizi mengine.
Kihistoria, VPP haijaweza kutoa sehemu nyembamba, zenye uwazi zenye sifa za nguvu za kutumika kama vifaa vya meno. Mnamo 2021, LuxCreo na Graphy zilitoa suluhisho linalowezekana. Kufikia Februari, Graphy imeidhinishwa na FDA kwa uchapishaji wa moja kwa moja wa 3D wa vifaa vya meno. Ukivichapisha moja kwa moja, mchakato wa kuanzia mwanzo hadi mwisho unachukuliwa kuwa mfupi, rahisi, na pengine wa gharama nafuu.
Maendeleo ya awali ambayo yalipata umakini mkubwa kutoka kwa vyombo vya habari yalikuwa matumizi ya uchapishaji wa 3D kwa matumizi makubwa ya ujenzi kama vile nyumba. Mara nyingi kuta za nyumba huchapishwa kwa kutumia extrusion. Sehemu zingine zote za nyumba zilitengenezwa kwa kutumia mbinu na vifaa vya kitamaduni, ikiwa ni pamoja na sakafu, dari, paa, ngazi, milango, madirisha, vifaa, makabati na kaunta. Kuta zilizochapishwa kwa 3D zinaweza kuongeza gharama ya kufunga umeme, taa, mabomba, mifereji ya maji, na matundu ya kutolea hewa kwa ajili ya kupasha joto na kiyoyozi. Kumaliza mambo ya ndani na nje ya ukuta wa zege ni vigumu zaidi kuliko kwa muundo wa ukuta wa kitamaduni. Kuboresha nyumba kwa kuta zilizochapishwa kwa 3D pia ni jambo muhimu kuzingatia.
Watafiti katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge wanasoma jinsi ya kuhifadhi nishati katika kuta zilizochapishwa kwa 3D. Kwa kuingiza mabomba ukutani wakati wa ujenzi, maji yanaweza kutiririka kupitia humo kwa ajili ya kupasha joto na kupoeza. Mradi huu wa Utafiti na Maendeleo ni wa kuvutia na wa ubunifu, lakini bado uko katika hatua za mwanzo za maendeleo. Mradi huu wa Utafiti na Maendeleo ni wa kuvutia na wa ubunifu, lakini bado uko katika hatua za mwanzo za maendeleo.Mradi huu wa utafiti ni wa kuvutia na bunifu, lakini bado uko katika hatua za mwanzo za maendeleo.Mradi huu wa utafiti ni wa kuvutia na bunifu, lakini bado uko katika hatua za mwanzo za maendeleo.
Wengi wetu bado hatujafahamu uchumi wa sehemu za ujenzi wa uchapishaji wa 3D au vitu vingine vikubwa. Teknolojia hii imetumika kutengeneza madaraja, mahema, viti vya bustani, na vipengele vya mapambo kwa majengo na mazingira ya nje. Inaaminika kwamba faida za utengenezaji wa nyongeza katika mizani midogo (kuanzia sentimita chache hadi mita kadhaa) zinatumika kwa uchapishaji mkubwa wa 3D. Faida kuu za kutumia utengenezaji wa nyongeza ni pamoja na kuunda maumbo na vipengele tata, kupunguza idadi ya sehemu, kupunguza nyenzo na uzito, na kuongeza tija. Ikiwa AM haiongezi thamani, manufaa yake yanapaswa kutiliwa shaka.
Mnamo Oktoba 2021, Stratasys ilipata hisa iliyobaki ya 55% katika Xaar 3D, kampuni tanzu ya mtengenezaji wa printa ya winojet ya viwandani wa Uingereza Xaar. Teknolojia ya polima ya Stratasys ya PBF, inayoitwa Selective Absorbion Fusion, inategemea vichwa vya uchapishaji vya winojet ya Xaar. Mashine ya Stratasys H350 inashindana na mfumo wa HP MJF.
Kununua Metali ya Mezani kulikuwa kwa kuvutia. Mnamo Februari 2021, kampuni ilinunua Envisiontec, mtengenezaji wa muda mrefu wa mifumo ya utengenezaji wa viongezeo vya viwandani. Mnamo Mei 2021, kampuni ilinunua Adaptive3D, msanidi programu wa polima za VPP zinazonyumbulika. Mnamo Julai 2021, Desktop Metal ilipata Aerosint, msanidi programu wa michakato ya upakaji upya wa mipako ya unga yenye nyenzo nyingi. Ununuzi mkubwa zaidi ulikuja mnamo Agosti wakati Desktop Metal ilinunua mshindani ExOne kwa dola milioni 575.
Ununuzi wa ExOne na Desktop Metal unawaleta pamoja watengenezaji wawili mashuhuri wa mifumo ya chuma ya BJT. Kwa ujumla, teknolojia hiyo bado haijafikia kiwango ambacho wengi wanaamini. Makampuni yanaendelea kushughulikia masuala kama vile kurudia, kutegemewa, na kuelewa chanzo cha matatizo yanapojitokeza. Hata hivyo, ikiwa matatizo yatatatuliwa, bado kuna nafasi kwa teknolojia kufikia masoko makubwa. Mnamo Julai 2021, 3DEO, mtoa huduma anayetumia mfumo wa uchapishaji wa 3D, alisema imesafirisha sehemu ya milioni moja kwa wateja.
Watengenezaji wa programu na majukwaa ya wingu wameona ukuaji mkubwa katika tasnia ya utengenezaji wa nyongeza. Hii ni kweli hasa kwa mifumo ya usimamizi wa utendaji (MES) inayofuatilia mnyororo wa thamani wa AM. Mifumo ya 3D ilikubali kununua Oqton mnamo Septemba 2021 kwa dola milioni 180. Iliyoanzishwa mnamo 2017, Oqton hutoa suluhisho zinazotegemea wingu ili kuboresha mtiririko wa kazi na kuboresha ufanisi wa AM. Tumia Link3D iliyopatikana mnamo Novemba 2021 kwa dola milioni 33.5. Kama Oqton, jukwaa la wingu la Link3D hufuatilia kazi na kurahisisha mtiririko wa kazi wa AM.
Mojawapo ya ununuzi wa hivi karibuni mwaka wa 2021 ni ununuzi wa ASTM International wa Wohlers Associates. Kwa pamoja wanafanya kazi ili kutumia chapa ya Wohlers ili kusaidia kupitishwa kwa AM kote ulimwenguni. Kupitia Kituo cha Ubora cha ASTM AM, Wohlers Associates itaendelea kutoa ripoti za Wohlers na machapisho mengine, pamoja na kutoa huduma za ushauri, uchambuzi wa soko na mafunzo.
Sekta ya utengenezaji wa viongezeo imekomaa na viwanda vingi vinatumia teknolojia hii kwa matumizi mbalimbali. Lakini uchapishaji wa 3D hautachukua nafasi ya aina nyingine nyingi za utengenezaji. Badala yake, hutumika kuunda aina mpya za bidhaa na mifumo ya biashara. Mashirika hutumia AM kupunguza uzito wa vipuri, kupunguza muda wa kuongoza na gharama za zana, na kuboresha ubinafsishaji wa bidhaa na utendaji. Sekta ya utengenezaji wa viongezeo inatarajiwa kuendelea na mwelekeo wake wa ukuaji huku makampuni, bidhaa, huduma, programu na matumizi mapya yakiibuka, mara nyingi kwa kasi kubwa.