Ang additive manufacturing, na kilala rin bilang 3D printing, ay patuloy na umuunlad sa loob ng halos 35 taon simula nang gamitin ito sa komersyo. Ang mga industriya ng aerospace, automotive, defense, enerhiya, transportasyon, medikal, dental, at consumer ay gumagamit ng additive manufacturing para sa malawak na hanay ng mga aplikasyon.
Dahil sa malawakang paggamit nito, malinaw na ang additive manufacturing ay hindi isang solusyon na akma sa lahat. Ayon sa pamantayan ng terminolohiya ng ISO/ASTM 52900, halos lahat ng komersyal na sistema ng additive manufacturing ay nabibilang sa isa sa pitong kategorya ng proseso. Kabilang dito ang material extrusion (MEX), bath photopolymerization (VPP), powder bed fusion (PBF), binder spraying (BJT), material spraying (MJT), directed energy deposition (DED), at sheet lamination (SHL). Dito, inaayos ang mga ito ayon sa popularidad batay sa unit sales.
Dumarami ang mga propesyonal sa industriya, kabilang ang mga inhinyero at tagapamahala, na natututo kung kailan makakatulong ang additive manufacturing na mapabuti ang isang produkto o proseso at kung kailan hindi nito magagawa. Ayon sa kasaysayan, ang mga pangunahing inisyatibo upang ipatupad ang additive manufacturing ay nagmula sa mga inhinyero na may karanasan sa teknolohiya. Mas maraming halimbawa ang nakikita ng pamamahala kung paano mapapabuti ng additive manufacturing ang produktibidad, mababawasan ang mga lead time, at lilikha ng mga bagong oportunidad sa negosyo. Hindi papalitan ng AM ang karamihan sa mga tradisyonal na anyo ng pagmamanupaktura, ngunit magiging bahagi ito ng arsenal ng mga negosyante sa pagbuo ng produkto at mga kakayahan sa pagmamanupaktura.
Malawak ang saklaw ng aplikasyon ng additive manufacturing, mula sa microfluidics hanggang sa malawakang konstruksyon. Ang mga benepisyo ng AM ay nag-iiba depende sa industriya, aplikasyon, at kinakailangang pagganap. Ang mga organisasyon ay dapat may mabubuting dahilan para sa pagpapatupad ng AM, anuman ang paggamit nito. Ang pinakakaraniwan ay ang conceptual modeling, pag-verify ng disenyo, at pag-verify ng pagiging angkop at functionality. Parami nang parami ang mga kumpanyang gumagamit nito upang lumikha ng mga tool at aplikasyon para sa malawakang produksyon, kabilang ang custom product development.
Para sa mga aplikasyon sa aerospace, ang bigat ay isang pangunahing salik. Nagkakahalaga ng humigit-kumulang $10,000 ang paglalagay ng 0.45kg na kargamento sa orbit ng Daigdig, ayon sa Marshall Space Flight Center ng NASA. Ang pagbabawas ng bigat ng mga satellite ay maaaring makatipid sa mga gastos sa paglulunsad. Ang kalakip na larawan ay nagpapakita ng isang bahagi ng Swissto12 metal AM na pinagsasama ang ilang waveguide sa isang bahagi. Sa AM, ang bigat ay nababawasan sa mas mababa sa 0.08 kg.
Ginagamit ang additive manufacturing sa buong value chain sa industriya ng enerhiya. Para sa ilang mga kumpanya, ang business case ng paggamit ng AM ay ang mabilis na pag-ulit ng mga proyekto upang makalikha ng pinakamahusay na posibleng produkto sa pinakamaikling panahon. Sa industriya ng langis at gas, ang mga nasirang bahagi o assembly ay maaaring magdulot ng libu-libong dolyar o higit pa sa nawalang produktibidad kada oras. Ang paggamit ng AM upang maibalik ang mga operasyon ay maaaring maging lalong kaakit-akit.
Isang pangunahing tagagawa ng mga sistemang DED na MX3D ang naglabas ng isang prototype na kagamitan sa pagkukumpuni ng tubo. Ang isang sirang tubo ay maaaring magkahalaga sa pagitan ng €100,000 at €1,000,000 ($113,157-$1,131,570) bawat araw, ayon sa kumpanya. Ang fixture na ipinapakita sa susunod na pahina ay gumagamit ng isang bahaging CNC bilang frame at gumagamit ng DED upang i-weld ang circumference ng tubo. Ang AM ay nagbibigay ng mataas na deposition rates na may kaunting basura, habang ang CNC ay nagbibigay ng kinakailangang katumpakan.
Noong 2021, isang 3D printed water casing ang inilagay sa isang TotalEnergies oil rig sa North Sea. Ang mga water jacket ay isang kritikal na elemento na ginagamit upang kontrolin ang hydrocarbon recovery sa mga balon na ginagawa pa lamang. Sa kasong ito, ang mga benepisyo ng paggamit ng additive manufacturing ay ang nabawasang lead times at nabawasang emisyon ng 45% kumpara sa tradisyonal na forged water jacket.
Isa pang halimbawa ng negosyo para sa additive manufacturing ay ang pagbawas ng mamahaling kagamitan. Ang Phone Scope ay nakabuo ng mga digiscoping adapter para sa mga device na nagkokonekta sa camera ng iyong telepono sa isang teleskopyo o mikroskopyo. May mga bagong teleponong inilalabas bawat taon, na nangangailangan ng mga kumpanya na maglabas ng isang bagong linya ng mga adapter. Sa pamamagitan ng paggamit ng AM, makakatipid ang isang kumpanya ng pera sa mga mamahaling kagamitan na kailangang palitan kapag may mga bagong teleponong inilabas.
Tulad ng anumang proseso o teknolohiya, ang additive manufacturing ay hindi dapat gamitin dahil ito ay itinuturing na bago o naiiba. Ito ay upang mapabuti ang pagbuo ng produkto at/o mga proseso ng pagmamanupaktura. Dapat itong magdagdag ng halaga. Kabilang sa mga halimbawa ng iba pang mga kaso ng negosyo ang mga pasadyang produkto at pagpapasadya ng maramihan, kumplikadong paggana, pinagsamang mga bahagi, mas kaunting materyal at bigat, at pinahusay na pagganap.
Para maisakatuparan ng AM ang potensyal nito sa paglago, kailangang matugunan ang mga hamon. Para sa karamihan ng mga aplikasyon sa pagmamanupaktura, ang proseso ay dapat na maaasahan at maaaring kopyahin. Ang mga kasunod na pamamaraan ng pag-automate ng pag-alis ng materyal ng mga bahagi at suporta at post-processing ay makakatulong. Pinapataas din ng automation ang produktibidad at binabawasan ang gastos sa bawat bahagi.
Isa sa mga larangang may pinakamalaking interes ay ang post-processing automation tulad ng pag-alis at pagtatapos ng pulbos. Sa pamamagitan ng pag-automate ng proseso ng malawakang produksyon ng mga aplikasyon, ang parehong teknolohiya ay maaaring ulitin nang libu-libong beses. Ang problema ay ang mga partikular na pamamaraan ng automation ay maaaring mag-iba ayon sa uri ng bahagi, laki, materyal, at proseso. Halimbawa, ang post-processing ng mga automated dental crown ay ibang-iba sa pagproseso ng mga bahagi ng rocket engine, bagama't pareho itong maaaring gawa sa metal.
Dahil ang mga piyesa ay na-optimize para sa AM, mas maraming advanced na feature at internal channel ang kadalasang idinaragdag. Para sa PBF, ang pangunahing layunin ay tanggalin ang 100% ng pulbos. Ang Solukon ay gumagawa ng mga awtomatikong sistema ng pag-alis ng pulbos. Ang kumpanya ay bumuo ng isang teknolohiyang tinatawag na Smart Powder Recovery (SRP) na umiikot at nag-vibrate ng mga metal na piyesa na nakakabit pa rin sa build plate. Ang pag-ikot at panginginig ng boses ay kinokontrol ng CAD model ng piyesa. Sa pamamagitan ng tumpak na paggalaw at pag-alog ng mga piyesa, ang nakuhang pulbos ay dumadaloy na halos parang likido. Binabawasan ng automation na ito ang manu-manong paggawa at maaaring mapabuti ang pagiging maaasahan at kakayahang ulitin ang pag-alis ng pulbos.
Ang mga problema at limitasyon ng manu-manong pag-alis ng pulbos ay maaaring limitahan ang posibilidad ng paggamit ng AM para sa malawakang produksyon, kahit na sa maliit na dami. Ang mga sistema ng pag-alis ng pulbos ng metal ng Solukon ay maaaring gumana sa isang inert na kapaligiran at mangolekta ng hindi nagamit na pulbos para sa muling paggamit sa mga makinang AM. Nagsagawa ang Solukon ng isang survey sa customer at naglathala ng isang pag-aaral noong Disyembre 2021 na nagpapakita na ang dalawang pinakamalaking alalahanin ay ang kalusugan sa trabaho at ang kakayahang kopyahin.
Ang manu-manong pag-alis ng pulbos mula sa mga istruktura ng PBF resin ay maaaring matagal. Ang mga kumpanyang tulad ng DyeMansion at PostProcess Technologies ay bumubuo ng mga post-processing system upang awtomatikong matanggal ang pulbos. Maraming mga bahagi ng additive manufacturing ang maaaring i-load sa isang sistema na nag-i-invert at nag-e-eject ng medium upang matanggal ang sobrang pulbos. Ang HP ay may sariling sistema na sinasabing nag-aalis ng pulbos mula sa build chamber ng Jet Fusion 5200 sa loob ng 20 minuto. Iniimbak ng sistema ang hindi natunaw na pulbos sa isang hiwalay na lalagyan para sa muling paggamit o pag-recycle para sa iba pang mga aplikasyon.
Makikinabang ang mga kumpanya mula sa automation kung mailalapat ito sa karamihan ng mga hakbang pagkatapos ng pagproseso. Nag-aalok ang DyeMansion ng mga sistema para sa pag-alis ng pulbos, paghahanda ng ibabaw, at pagpipinta. Ang sistemang PowerFuse S ay naglo-load ng mga bahagi, nagpapasingaw sa makinis na mga bahagi, at naglalabas ng mga ito. Nagbibigay ang kumpanya ng isang stainless steel rack para sa pagsasabit ng mga bahagi, na ginagawa gamit ang kamay. Ang sistemang PowerFuse S ay maaaring gumawa ng isang ibabaw na katulad ng isang injection mold.
Ang pinakamalaking hamon na kinakaharap ng industriya ay ang pag-unawa sa mga totoong oportunidad na iniaalok ng automation. Kung kailangang gumawa ng isang milyong bahagi ng polimer, ang tradisyonal na proseso ng paghahagis o paghubog ay maaaring ang pinakamahusay na solusyon, bagama't depende ito sa bahagi. Ang AM ay kadalasang magagamit para sa unang pagpapatakbo ng produksyon sa produksyon at pagsubok ng tool. Sa pamamagitan ng automated post-processing, libu-libong bahagi ang maaaring magawa nang maaasahan at muling kopyahin gamit ang AM, ngunit ito ay partikular sa bahagi at maaaring mangailangan ng pasadyang solusyon.
Walang kinalaman ang AM sa industriya. Maraming organisasyon ang nagpapakita ng mga kawili-wiling resulta ng pananaliksik at pagpapaunlad na maaaring humantong sa wastong paggana ng mga produkto at serbisyo. Sa industriya ng aerospace, ang Relativity Space ay gumagawa ng isa sa pinakamalaking sistema ng paggawa ng metal additive gamit ang proprietary DED technology, na inaasahan ng kumpanya na gagamitin sa paggawa ng karamihan ng mga rocket nito. Ang Terran 1 rocket nito ay kayang maghatid ng 1,250 kg na payload sa mababang orbit ng Earth. Plano ng Relativity na maglunsad ng isang test rocket sa kalagitnaan ng 2022 at nagpaplano na ng isang mas malaki at magagamit muli na rocket na tinatawag na Terran R.
Ang mga rocket na Terran 1 at R ng Relativity Space ay isang makabagong paraan upang muling isipin kung ano ang maaaring maging hitsura ng paglipad sa kalawakan sa hinaharap. Ang disenyo at pag-optimize para sa additive manufacturing ay pumukaw ng interes sa pag-unlad na ito. Inaangkin ng kumpanya na ang pamamaraang ito ay nakakabawas ng bilang ng mga bahagi nang 100 beses kumpara sa mga tradisyunal na rocket. Inaangkin din ng kumpanya na maaari itong gumawa ng mga rocket mula sa mga hilaw na materyales sa loob ng 60 araw. Ito ay isang magandang halimbawa ng pagsasama-sama ng maraming bahagi sa isa at lubos na pagpapasimple ng supply chain.
Sa industriya ng ngipin, ang additive manufacturing ay ginagamit sa paggawa ng mga korona, tulay, surgical drilling template, partial dentures at aligners. Ang Align Technology at SmileDirectClub ay gumagamit ng 3D printing upang makagawa ng mga piyesa para sa thermoforming clear plastic aligners. Ang Align Technology, tagagawa ng mga produktong may tatak na Invisalign, ay gumagamit ng marami sa mga photopolymerization system sa mga 3D Systems bath. Noong 2021, sinabi ng kumpanya na nakapaggamot na ito ng mahigit 10 milyong pasyente simula nang matanggap nito ang pag-apruba ng FDA noong 1998. Kung ang paggamot ng isang karaniwang pasyente ay binubuo ng 10 aligners, na isang mababang pagtatantya, ang kumpanya ay nakagawa na ng 100 milyon o higit pang mga piyesa ng AM. Ang mga piyesa ng FRP ay mahirap i-recycle dahil ang mga ito ay thermoset. Ginagamit ng SmileDirectClub ang HP Multi Jet Fusion (MJF) system upang makagawa ng mga thermoplastic na piyesa na maaaring i-recycle para sa iba pang mga aplikasyon.
Sa kasaysayan, ang VPP ay hindi pa nakakagawa ng manipis at transparent na mga bahagi na may mga katangiang matibay para magamit bilang mga orthodontic appliances. Noong 2021, naglabas ang LuxCreo at Graphy ng isang posibleng solusyon. Simula Pebrero, ang Graphy ay may pag-apruba ng FDA para sa direktang 3D printing ng mga dental appliances. Kung direkta mo itong i-print, ang proseso mula simula hanggang katapusan ay itinuturing na mas maikli, mas madali, at posibleng mas mura.
Isang maagang pag-unlad na nakakuha ng maraming atensyon mula sa media ay ang paggamit ng 3D printing para sa malawakang konstruksyon tulad ng pabahay. Kadalasan, ang mga dingding ng bahay ay iniimprenta sa pamamagitan ng extrusion. Ang lahat ng iba pang bahagi ng bahay ay ginawa gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan at materyales, kabilang ang mga sahig, kisame, bubong, hagdan, pinto, bintana, appliances, cabinet at countertop. Ang mga 3D printed na dingding ay maaaring magpataas ng gastos sa pag-install ng kuryente, ilaw, tubo, ductwork, at mga bentilasyon para sa heating at air conditioning. Ang pagtatapos ng loob at labas ng isang kongkretong dingding ay mas mahirap kaysa sa isang tradisyonal na disenyo ng dingding. Ang pag-modernize ng isang bahay na may 3D printed na mga dingding ay isa ring mahalagang konsiderasyon.
Pinag-aaralan ng mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory kung paano mag-imbak ng enerhiya sa mga 3D printed na pader. Sa pamamagitan ng pagpasok ng mga tubo sa pader habang ginagawa, maaaring dumaloy ang tubig dito para sa pagpapainit at pagpapalamig. Ang proyektong R&D na ito ay kawili-wili at makabago, ngunit nasa maagang yugto pa lamang ito ng pag-unlad. Ang proyektong R&D na ito ay kawili-wili at makabago, ngunit nasa maagang yugto pa lamang ito ng pag-unlad.Ang proyektong pananaliksik na ito ay kawili-wili at makabago, ngunit nasa mga unang yugto pa lamang ito ng pag-unlad.Ang proyektong pananaliksik na ito ay kawili-wili at makabago, ngunit nasa mga unang yugto pa lamang ng pag-unlad.
Karamihan sa atin ay hindi pa pamilyar sa ekonomiya ng 3D printing, mga bahagi ng gusali o iba pang malalaking bagay. Ang teknolohiyang ito ay ginamit upang makagawa ng ilang tulay, awning, bangko sa parke, at mga elementong pandekorasyon para sa mga gusali at panlabas na kapaligiran. Pinaniniwalaan na ang mga bentahe ng additive manufacturing sa maliliit na sukat (mula sa ilang sentimetro hanggang ilang metro) ay naaangkop sa malakihang 3D printing. Ang mga pangunahing benepisyo ng paggamit ng additive manufacturing ay kinabibilangan ng paglikha ng mga kumplikadong hugis at tampok, pagbabawas ng bilang ng mga bahagi, pagbabawas ng materyal at bigat, at pagpapataas ng produktibidad. Kung ang AM ay hindi nagdaragdag ng halaga, ang kapakinabangan nito ay dapat kuwestiyunin.
Noong Oktubre 2021, nakuha ng Stratasys ang natitirang 55% na stake sa Xaar 3D, isang subsidiary ng British industrial inkjet printer manufacturer na Xaar. Ang polymer PBF technology ng Stratasys, na tinatawag na Selective Absorbion Fusion, ay batay sa mga Xaar inkjet printhead. Ang Stratasys H350 machine ay nakikipagkumpitensya sa HP MJF system.
Kahanga-hanga ang pagbili ng Desktop Metal. Noong Pebrero 2021, nakuha ng kumpanya ang Envisiontec, isang matagal nang tagagawa ng mga industrial additive manufacturing system. Noong Mayo 2021, nakuha ng kumpanya ang Adaptive3D, isang developer ng flexible VPP polymers. Noong Hulyo 2021, nakuha ng Desktop Metal ang Aerosint, isang developer ng mga multi-material powder coating recoating processes. Ang pinakamalaking pagbili ay dumating noong Agosto nang binili ng Desktop Metal ang kakumpitensyang ExOne sa halagang $575 milyon.
Pinagsasama-sama ng Desktop Metal ang dalawang kilalang tagagawa ng mga metal BJT system ng ExOne. Sa pangkalahatan, ang teknolohiya ay hindi pa umaabot sa antas na pinaniniwalaan ng marami. Patuloy na tinutugunan ng mga kumpanya ang mga isyu tulad ng repeatability, reliability, at pag-unawa sa ugat ng mga problema habang lumilitaw ang mga ito. Gayunpaman, kung malulutas ang mga problema, may puwang pa rin para maabot ng teknolohiya ang mas malalaking merkado. Noong Hulyo 2021, sinabi ng 3DEO, isang service provider na gumagamit ng isang proprietary 3D printing system, na nakapagpadala na ito ng isang milyon sa mga customer.
Nakakita ng malaking paglago ang mga developer ng software at cloud platform sa industriya ng additive manufacturing. Totoo ito lalo na para sa mga performance management system (MES) na sumusubaybay sa AM value chain. Sumang-ayon ang 3D Systems na bilhin ang Oqton noong Setyembre 2021 sa halagang $180 milyon. Itinatag noong 2017, ang Oqton ay nagbibigay ng mga cloud-based na solusyon upang mapabuti ang daloy ng trabaho at mapabuti ang kahusayan ng AM. Nakuha naman ng Materialize ang Link3D noong Nobyembre 2021 sa halagang $33.5 milyon. Tulad ng Oqton, sinusubaybayan ng cloud platform ng Link3D ang trabaho at pinapasimple ang daloy ng trabaho ng AM.
Isa sa mga pinakabagong pagkuha noong 2021 ay ang pagkuha ng ASTM International sa Wohlers Associates. Magkasama silang nagsusumikap na gamitin ang tatak ng Wohlers upang suportahan ang mas malawak na pag-aampon ng AM sa buong mundo. Sa pamamagitan ng ASTM AM Center of Excellence, ang Wohlers Associates ay patuloy na gagawa ng mga ulat at iba pang publikasyon ng Wohlers, pati na rin ang pagbibigay ng mga serbisyo sa pagpapayo, pagsusuri sa merkado, at pagsasanay.
Ang industriya ng additive manufacturing ay umunlad na at maraming industriya ang gumagamit ng teknolohiyang ito para sa malawak na hanay ng mga aplikasyon. Ngunit hindi mapapalitan ng 3D printing ang karamihan sa iba pang mga anyo ng pagmamanupaktura. Sa halip, ginagamit ito upang lumikha ng mga bagong uri ng produkto at modelo ng negosyo. Ginagamit ng mga organisasyon ang AM upang mabawasan ang bigat ng mga piyesa, mabawasan ang mga lead time at gastos sa kagamitan, at mapabuti ang personalization at pagganap ng produkto. Inaasahang magpapatuloy ang paglago ng industriya ng additive manufacturing sa pamamagitan ng mga bagong kumpanya, produkto, serbisyo, aplikasyon at mga use case na lumilitaw, kadalasan sa napakabilis na bilis.