3D baskı olarak da bilinen eklemeli üretim, ticari kullanımına başlanmasından bu yana yaklaşık 35 yıldır gelişmeye devam ediyor. Havacılık, otomotiv, savunma, enerji, ulaşım, tıp, dişçilik ve tüketici ürünleri sektörleri, eklemeli üretimi çok çeşitli uygulamalar için kullanıyor.
Bu kadar yaygın kullanımıyla, eklemeli imalatın her şeye uyan tek bir çözüm olmadığı açıktır. ISO/ASTM 52900 terminoloji standardına göre, neredeyse tüm ticari eklemeli imalat sistemleri yedi işlem kategorisinden birine girer. Bunlar arasında malzeme ekstrüzyonu (MEX), banyo fotopolimerizasyonu (VPP), toz yataklı füzyon (PBF), bağlayıcı püskürtme (BJT), malzeme püskürtme (MJT), yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) ve levha laminasyonu (SHL) yer almaktadır. Burada, birim satışlarına göre popülerliğe göre sıralanmışlardır.
Mühendisler ve yöneticiler de dahil olmak üzere giderek artan sayıda sektör profesyoneli, eklemeli imalatın bir ürünü veya süreci ne zaman iyileştirebileceğini ve ne zaman iyileştiremeyeceğini öğreniyor. Tarihsel olarak, eklemeli imalatı uygulamaya yönelik büyük girişimler, teknoloji konusunda deneyimli mühendislerden gelmiştir. Yönetim, eklemeli imalatın verimliliği nasıl artırabileceğine, teslim sürelerini nasıl kısaltabileceğine ve yeni iş fırsatları yaratabileceğine dair daha fazla örnek görüyor. Eklemeli imalat, geleneksel imalat biçimlerinin çoğunun yerini almayacak, ancak girişimcinin ürün geliştirme ve üretim yetenekleri cephaneliğinin bir parçası haline gelecektir.
Eklemeli imalat, mikroakışkanlardan büyük ölçekli inşaata kadar geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Eklemeli imalatın faydaları sektöre, uygulamaya ve gerekli performansa göre değişir. Kuruluşların, kullanım durumundan bağımsız olarak, eklemeli imalatı uygulamak için geçerli nedenleri olmalıdır. En yaygın nedenler kavramsal modelleme, tasarım doğrulaması ve uygunluk ve işlevsellik doğrulamasıdır. Giderek daha fazla şirket, özel ürün geliştirme de dahil olmak üzere seri üretim için araçlar ve uygulamalar oluşturmak için bu yöntemi kullanmaktadır.
Uzay uygulamaları için ağırlık önemli bir faktördür. NASA'nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi'ne göre, 0,45 kg'lık bir yükü Dünya yörüngesine yerleştirmenin maliyeti yaklaşık 10.000 dolardır. Uyduların ağırlığını azaltmak, fırlatma maliyetlerinden tasarruf sağlayabilir. Ekli görselde, birkaç dalga kılavuzunu tek bir parçada birleştiren Swissto12 metal AM parçası gösterilmektedir. AM yöntemiyle ağırlık 0,08 kg'ın altına düşürülmüştür.
Eklemeli imalat, enerji sektöründe değer zincirinin tamamında kullanılmaktadır. Bazı şirketler için eklemeli imalatın kullanılmasının gerekçesi, en kısa sürede en iyi ürünü oluşturmak için projeleri hızla yinelemektir. Petrol ve gaz endüstrisinde, hasarlı parçalar veya montajlar, saatte binlerce dolar veya daha fazla kayıp verimliliğe neden olabilir. Operasyonları eski haline getirmek için eklemeli imalat kullanmak özellikle cazip olabilir.
DED sistemlerinin önde gelen üreticilerinden MX3D, prototip bir boru onarım aleti piyasaya sürdü. Şirkete göre, hasarlı bir boru hattının günlük maliyeti 100.000 € ile 1.000.000 € (113.157-1.131.570 $) arasında değişebiliyor. Bir sonraki sayfada gösterilen aparat, çerçeve olarak CNC parçası kullanıyor ve borunun çevresini kaynaklamak için DED yöntemini kullanıyor. AM, minimum atıkla yüksek biriktirme oranları sağlarken, CNC gerekli hassasiyeti sağlıyor.
2021 yılında, Kuzey Denizi'ndeki bir TotalEnergies petrol platformuna 3 boyutlu yazıcıyla üretilmiş bir su ceketi monte edildi. Su ceketleri, yapım aşamasındaki kuyularda hidrokarbon üretimini kontrol etmek için kullanılan kritik bir unsurdur. Bu durumda, eklemeli imalatın sağladığı avantajlar, geleneksel dövme su ceketlerine kıyasla daha kısa teslim süreleri ve %45 daha düşük emisyonlardır.
Eklemeli imalatın bir diğer iş gerekçesi de pahalı kalıp ve aletlerin maliyetinin azaltılmasıdır. Phone Scope, telefonunuzun kamerasını bir teleskopa veya mikroskoba bağlayan cihazlar için dijital mikroskop adaptörleri geliştirmiştir. Her yıl yeni telefonlar piyasaya sürülüyor ve bu da şirketlerin yeni bir adaptör serisi çıkarmasını gerektiriyor. Eklemeli imalat kullanarak, bir şirket yeni telefonlar piyasaya sürüldüğünde değiştirilmesi gereken pahalı kalıp ve aletlerden tasarruf edebilir.
Herhangi bir süreç veya teknoloji gibi, eklemeli üretim de yeni veya farklı olduğu için kullanılmamalıdır. Bu, ürün geliştirme ve/veya üretim süreçlerini iyileştirmek içindir. Değer katmalıdır. Diğer iş örnekleri arasında özel ürünler ve seri kişiselleştirme, karmaşık işlevsellik, entegre parçalar, daha az malzeme ve ağırlık ve geliştirilmiş performans yer almaktadır.
Eklemeli imalatın büyüme potansiyelini gerçekleştirebilmesi için, üstesinden gelinmesi gereken zorluklar bulunmaktadır. Çoğu üretim uygulaması için, sürecin güvenilir ve tekrarlanabilir olması gerekir. Parçaların ve desteklerin malzeme çıkarılmasının ve son işlemenin otomasyonu da bu konuda yardımcı olacaktır. Otomasyon ayrıca verimliliği artırır ve parça başına maliyeti düşürür.
En büyük ilgi alanlarından biri, toz giderme ve son işlem gibi işlem sonrası otomasyonudur. Uygulamaların seri üretim sürecinin otomatikleştirilmesiyle, aynı teknoloji binlerce kez tekrarlanabilir. Sorun şu ki, belirli otomasyon yöntemleri parça türüne, boyutuna, malzemesine ve işlemine göre değişebilir. Örneğin, otomatik diş kronlarının işlem sonrası aşaması, her ikisi de metalden yapılabilse de, roket motoru parçalarının işlenmesinden çok farklıdır.
Parçalar AM için optimize edildiğinden, genellikle daha gelişmiş özellikler ve iç kanallar eklenir. PBF için ana hedef, tozun %100'ünün uzaklaştırılmasıdır. Solukon, otomatik toz uzaklaştırma sistemleri üretmektedir. Şirket, yapım plakasına hala bağlı olan metal parçaları döndüren ve titreştiren Akıllı Toz Geri Kazanımı (SRP) adı verilen bir teknoloji geliştirmiştir. Döndürme ve titreşim, parçanın CAD modeli tarafından kontrol edilir. Parçaları hassas bir şekilde hareket ettirerek ve sallayarak, yakalanan toz neredeyse sıvı gibi akar. Bu otomasyon, manuel iş gücünü azaltır ve toz uzaklaştırmanın güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini artırabilir.
Manuel toz uzaklaştırmanın sorunları ve sınırlamaları, küçük miktarlarda bile olsa, eklemeli imalatın seri üretimde kullanılabilirliğini kısıtlayabilir. Solukon metal toz uzaklaştırma sistemleri, inert bir atmosferde çalışabilir ve kullanılmayan tozu toplayarak eklemeli imalat makinelerinde yeniden kullanılmasını sağlar. Solukon, Aralık 2021'de bir müşteri anketi yapmış ve bir çalışma yayınlayarak en büyük iki endişenin iş sağlığı ve tekrarlanabilirlik olduğunu göstermiştir.
PBF reçine yapılarından tozun elle uzaklaştırılması zaman alıcı olabilir. DyeMansion ve PostProcess Technologies gibi şirketler, tozu otomatik olarak uzaklaştırmak için son işlem sistemleri geliştiriyor. Birçok eklemeli üretim parçası, fazla tozu uzaklaştırmak için ortamı ters çevirip dışarı atan bir sisteme yüklenebilir. HP'nin, Jet Fusion 5200'ün üretim haznesinden tozu 20 dakikada uzaklaştırdığı söylenen kendi sistemi var. Sistem, erimeyen tozu yeniden kullanım veya diğer uygulamalar için geri dönüşüm amacıyla ayrı bir kapta depoluyor.
Otomasyon, işlem sonrası adımların çoğuna uygulanabilirse şirketler bundan faydalanabilir. DyeMansion, toz giderme, yüzey hazırlama ve boyama sistemleri sunmaktadır. PowerFuse S sistemi, parçaları yükler, pürüzsüz parçaları buharla işler ve boşaltır. Şirket, parçaların elle asılması için paslanmaz çelik bir raf sağlar. PowerFuse S sistemi, enjeksiyon kalıbına benzer bir yüzey üretebilir.
Sektörün karşı karşıya olduğu en büyük zorluk, otomasyonun sunduğu gerçek fırsatları anlamaktır. Bir milyon polimer parça üretilmesi gerekiyorsa, geleneksel döküm veya kalıplama süreçleri en iyi çözüm olabilir, ancak bu parçaya bağlıdır. Eklemeli imalat (AM), genellikle kalıp üretimi ve testinde ilk üretim aşamasında kullanılabilir. Otomatik son işlem sayesinde, AM kullanılarak binlerce parça güvenilir ve tekrarlanabilir şekilde üretilebilir, ancak bu parçaya özgüdür ve özel bir çözüm gerektirebilir.
AM'nin endüstriyle hiçbir ilgisi yok. Birçok kuruluş, ürün ve hizmetlerin düzgün çalışmasına yol açabilecek ilginç araştırma ve geliştirme sonuçları sunmaktadır. Havacılık ve uzay endüstrisinde, Relativity Space, şirketin roketlerinin çoğunu üretmek için kullanmayı umduğu tescilli DED teknolojisini kullanarak en büyük metal eklemeli imalat sistemlerinden birini üretiyor. Terran 1 roketi, alçak Dünya yörüngesine 1.250 kg yük taşıyabiliyor. Relativity, 2022 ortalarında bir test roketi fırlatmayı planlıyor ve Terran R adı verilen daha büyük, yeniden kullanılabilir bir roketin planlamasını da yapıyor.
Relativity Space'in Terran 1 ve R roketleri, gelecekteki uzay uçuşlarının nasıl olabileceğini yeniden hayal etmenin yenilikçi bir yolunu sunuyor. Katmanlı üretim için tasarım ve optimizasyon, bu gelişmeye ilgi uyandırdı. Şirket, bu yöntemin geleneksel roketlere kıyasla parça sayısını 100 kat azalttığını iddia ediyor. Şirket ayrıca, roketleri ham maddelerden 60 gün içinde üretebildiğini de belirtiyor. Bu, birçok parçayı tek bir üründe birleştirmenin ve tedarik zincirini büyük ölçüde basitleştirmenin harika bir örneği.
Dişçilik sektöründe, eklemeli imalat (AM) kronlar, köprüler, cerrahi delme şablonları, kısmi protezler ve şeffaf plaklar üretmek için kullanılır. Align Technology ve SmileDirectClub, şeffaf plastik plakların termoformlanması için parçalar üretmek amacıyla 3D baskı kullanmaktadır. Invisalign markalı ürünlerin üreticisi Align Technology, 3D Systems banyolarındaki birçok fotopolimerizasyon sistemini kullanmaktadır. Şirket, 2021 yılında, 1998'de FDA onayını aldıktan bu yana 10 milyondan fazla hastayı tedavi ettiğini belirtmiştir. Tipik bir hastanın tedavisinin 10 plaktan oluştuğunu varsayarsak (ki bu düşük bir tahmindir), şirket 100 milyon veya daha fazla AM parçası üretmiştir. FRP parçaları, termoset oldukları için geri dönüştürülmesi zordur. SmileDirectClub, diğer uygulamalar için geri dönüştürülebilen termoplastik parçalar üretmek için HP Multi Jet Fusion (MJF) sistemini kullanmaktadır.
Tarihsel olarak, VPP (Volatilite Bazlı Baskı) ortodontik aparey olarak kullanılmak üzere ince, şeffaf ve yüksek mukavemetli parçalar üretememiştir. 2021 yılında LuxCreo ve Graphy olası bir çözüm sundu. Şubat ayı itibarıyla Graphy, diş apareylerinin doğrudan 3D baskısı için FDA onayı aldı. Doğrudan baskı yapıldığında, uçtan uca sürecin daha kısa, daha kolay ve potansiyel olarak daha az maliyetli olduğu düşünülmektedir.
Medyada büyük ilgi gören ilk gelişmelerden biri, konut gibi büyük ölçekli inşaat uygulamalarında 3D baskının kullanılmasıydı. Genellikle evin duvarları ekstrüzyon yöntemiyle basılır. Evin diğer tüm kısımları, zeminler, tavanlar, çatılar, merdivenler, kapılar, pencereler, ev aletleri, dolaplar ve tezgahlar dahil olmak üzere geleneksel yöntemler ve malzemeler kullanılarak yapılır. 3D baskılı duvarlar, elektrik, aydınlatma, sıhhi tesisat, havalandırma kanalları ve ısıtma-soğutma sistemleri için havalandırma sistemlerinin kurulum maliyetini artırabilir. Beton bir duvarın iç ve dış yüzeyinin bitirilmesi, geleneksel bir duvar tasarımına göre daha zordur. 3D baskılı duvarlara sahip bir evi modernize etmek de önemli bir husustur.
Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, 3 boyutlu yazıcıyla üretilen duvarlarda enerji depolamanın yollarını inceliyor. İnşaat sırasında duvara borular yerleştirilerek, ısıtma ve soğutma için su akışı sağlanabiliyor. Bu Ar-Ge projesi ilgi çekici ve yenilikçi, ancak henüz geliştirme aşamasının başlarında. Bu Ar-Ge projesi ilgi çekici ve yenilikçi, ancak henüz geliştirme aşamasının başlarında.Bu araştırma projesi ilgi çekici ve yenilikçi, ancak henüz geliştirme aşamasının başlarında.Bu araştırma projesi ilgi çekici ve yenilikçi, ancak henüz geliştirme aşamasının başlarında.
Çoğumuz henüz 3 boyutlu yazıcıyla yapı parçaları veya diğer büyük nesnelerin üretiminin ekonomisine aşina değiliz. Bu teknoloji, bazı köprüler, tenteler, park bankları ve binalar ile dış mekan ortamı için dekoratif unsurlar üretmek için kullanılmıştır. Küçük ölçeklerde (birkaç santimetreden birkaç metreye kadar) kullanılan eklemeli imalatın avantajlarının, büyük ölçekli 3 boyutlu baskı için de geçerli olduğuna inanılmaktadır. Eklemeli imalatın başlıca faydaları arasında karmaşık şekiller ve özellikler oluşturma, parça sayısını azaltma, malzeme ve ağırlığı azaltma ve verimliliği artırma yer almaktadır. Eğer eklemeli imalat değer katmıyorsa, kullanışlılığı sorgulanmalıdır.
Ekim 2021'de Stratasys, İngiliz endüstriyel inkjet yazıcı üreticisi Xaar'ın bir yan kuruluşu olan Xaar 3D'deki kalan %55 hisseyi satın aldı. Stratasys'in Seçici Emilim Füzyonu (Selective Absorbion Fusion) adı verilen polimer PBF teknolojisi, Xaar inkjet baskı kafalarına dayanmaktadır. Stratasys H350 makinesi, HP MJF sistemiyle rekabet etmektedir.
Desktop Metal'in satın alınması etkileyiciydi. Şubat 2021'de şirket, uzun süredir endüstriyel eklemeli üretim sistemleri üreticisi olan Envisiontec'i satın aldı. Mayıs 2021'de şirket, esnek VPP polimerleri geliştiricisi Adaptive3D'yi satın aldı. Temmuz 2021'de Desktop Metal, çok malzemeli toz boya yeniden kaplama süreçleri geliştiricisi Aerosint'i satın aldı. En büyük satın alma ise Ağustos ayında Desktop Metal'in rakibi ExOne'ı 575 milyon dolara satın almasıyla gerçekleşti.
Desktop Metal'in ExOne'ı satın alması, metal BJT sistemlerinin iki tanınmış üreticisini bir araya getiriyor. Genel olarak, teknoloji henüz birçok kişinin inandığı seviyeye ulaşmadı. Şirketler, tekrarlanabilirlik, güvenilirlik ve ortaya çıkan sorunların temel nedenini anlama gibi konuları ele almaya devam ediyor. Yine de, sorunlar çözülürse, teknolojinin daha büyük pazarlara ulaşması için hala yer var. Temmuz 2021'de, tescilli bir 3D baskı sistemi kullanan bir hizmet sağlayıcı olan 3DEO, müşterilerine bir milyonuncu ürünü teslim ettiğini açıkladı.
Yazılım ve bulut platformu geliştiricileri, eklemeli imalat sektöründe önemli bir büyüme kaydetti. Bu durum özellikle eklemeli imalat değer zincirini izleyen performans yönetim sistemleri (MES) için geçerlidir. 3D Systems, Eylül 2021'de Oqton'u 180 milyon dolara satın almak üzere anlaşma imzaladı. 2017 yılında kurulan Oqton, iş akışını iyileştirmek ve eklemeli imalat verimliliğini artırmak için bulut tabanlı çözümler sunmaktadır. Materialize, Kasım 2021'de Link3D'yi 33,5 milyon dolara satın aldı. Oqton gibi, Link3D'nin bulut platformu da işleri takip eder ve eklemeli imalat iş akışını basitleştirir.
2021'deki son satın almalardan biri de ASTM International'ın Wohlers Associates'i satın almasıdır. Birlikte, Wohlers markasını kullanarak dünya çapında AM'nin daha geniş çapta benimsenmesini desteklemek için çalışıyorlar. ASTM AM Mükemmeliyet Merkezi aracılığıyla Wohlers Associates, Wohlers raporlarını ve diğer yayınlarını üretmeye, ayrıca danışmanlık hizmetleri, pazar analizi ve eğitim sağlamaya devam edecektir.
Katmanlı üretim sektörü olgunlaştı ve birçok sektör bu teknolojiyi geniş bir uygulama yelpazesi için kullanıyor. Ancak 3D baskı, diğer üretim biçimlerinin çoğunun yerini almayacak. Bunun yerine, yeni ürün türleri ve iş modelleri oluşturmak için kullanılıyor. Kuruluşlar, parçaların ağırlığını azaltmak, teslim sürelerini ve kalıp maliyetlerini düşürmek ve ürün kişiselleştirmesini ve performansını iyileştirmek için katmanlı üretimi kullanıyor. Katmanlı üretim sektörünün, genellikle baş döndürücü bir hızla ortaya çıkan yeni şirketler, ürünler, hizmetler, uygulamalar ve kullanım alanlarıyla büyüme ivmesini sürdürmesi bekleniyor.