3D baskı olarak da bilinen katmanlı üretim, ticari kullanımından bu yana yaklaşık 35 yıldır gelişmeye devam ediyor. Havacılık, otomotiv, savunma, enerji, ulaşım, tıp, dişçilik ve tüketici endüstrileri, çok çeşitli uygulamalar için katmanlı üretim kullanıyor.
Bu kadar yaygın bir şekilde benimsenmesiyle, katkı üretiminin tek bir çözüm olmadığı açıktır. ISO/ASTM 52900 terminoloji standardına göre, ticari katkı üretim sistemlerinin hemen hemen hepsi yedi işlem kategorisinden birine girer. Bunlar arasında malzeme ekstrüzyonu (MEX), banyo fotopolimerizasyonu (VPP), toz yatak füzyonu (PBF), bağlayıcı püskürtme (BJT), malzeme püskürtme (MJT), yönlendirilmiş enerji birikimi (DED) ve levha laminasyonu (SHL) bulunur. Burada birim satışlara göre popülerliğe göre sıralanmıştır.
Mühendisler ve yöneticiler de dahil olmak üzere giderek artan sayıda endüstri profesyoneli, katkı üretiminin bir ürünü veya süreci ne zaman iyileştirebileceğini ve ne zaman iyileştiremeyeceğini öğreniyor. Tarihsel olarak, katkı üretimini uygulamaya yönelik büyük girişimler teknoloji konusunda deneyimli mühendislerden gelmiştir. Yönetim, katkı üretiminin üretkenliği nasıl artırabileceğine, teslim sürelerini nasıl azaltabileceğine ve yeni iş fırsatları yaratabileceğine dair daha fazla örnek görüyor. AM, çoğu geleneksel üretim biçiminin yerini almayacak, ancak girişimcinin ürün geliştirme ve üretim yetenekleri cephaneliğinin bir parçası haline gelecektir.
Katmanlı üretim, mikroakışkanlardan büyük ölçekli inşaata kadar geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. AM'nin faydaları sektöre, uygulamaya ve gereken performansa göre değişir. Kuruluşların, kullanım durumu ne olursa olsun AM'yi uygulamak için iyi nedenleri olmalıdır. En yaygın olanları 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 bunu kullanıyor.
Havacılık ve uzay uygulamaları için ağırlık önemli bir faktördür. NASA'nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi'ne göre, 0,45 kg'lık bir yükü Dünya yörüngesine yerleştirmek yaklaşık 10.000 dolara mal olur. Uyduların ağırlığını azaltmak fırlatma maliyetlerinden tasarruf sağlayabilir. Ekli görüntü, birkaç dalga kılavuzunu tek bir parçada birleştiren bir Swissto12 metal AM parçasını göstermektedir. AM ile ağırlık 0,08 kg'ın altına düşürülür.
Katkı maddesi üretimi, enerji sektöründeki değer zinciri boyunca kullanılır. Bazı şirketler için AM kullanmanın iş gerekçesi, en kısa sürede mümkün olan en iyi ürünü yaratmak için projeleri hızla yinelemektir. Petrol ve gaz sektöründe, hasarlı parçalar veya montajlar, saat başına binlerce dolar veya daha fazla kayıp üretkenliğe mal olabilir. AM'yi operasyonları geri yüklemek için kullanmak özellikle çekici olabilir.
DED sistemlerinin önemli bir üreticisi olan MX3D, bir prototip boru onarım aracı piyasaya sürdü. Şirkete göre, hasarlı bir boru hattının maliyeti günlük 100.000 ila 1.000.000 € (113.157 ila 1.131.570 $) arasında olabilir. Sonraki sayfada gösterilen fikstür, bir çerçeve olarak bir CNC parçası kullanır ve borunun çevresini kaynaklamak için DED kullanır. AM, minimum atıkla yüksek biriktirme oranları sağlarken, CNC gerekli hassasiyeti sağlar.
2021'de, Kuzey Denizi'ndeki bir TotalEnergies petrol platformuna 3D baskılı bir su muhafazası takıldı. Su ceketleri, inşa halindeki kuyularda hidrokarbon geri kazanımını kontrol etmek için kullanılan kritik bir elemandır. Bu durumda, katkı maddesi imalatının faydaları, geleneksel dövme su ceketlerine kıyasla azaltılmış teslim süreleri ve %45 oranında azaltılmış emisyonlardır.
Katkılı üretim için bir diğer iş vakası da pahalı takımların azaltılmasıdır. Phone Scope, telefonunuzun kamerasını bir teleskopa veya mikroskoba bağlayan cihazlar için digiscoping adaptörleri geliştirdi. Her yıl yeni telefonlar piyasaya sürülüyor ve bu da şirketlerin yeni bir adaptör serisi piyasaya sürmesini gerektiriyor. Bir şirket, AM kullanarak yeni telefonlar piyasaya sürüldüğünde değiştirilmesi gereken pahalı takımlardan tasarruf edebilir.
Herhangi bir süreç veya teknolojide olduğu gibi, katkı üretimi yeni veya farklı olarak kabul edildiği için kullanılmamalıdır. Bu, ürün geliştirme ve/veya üretim süreçlerini iyileştirmek içindir. Değer katmalıdır. Diğer iş vakalarına örnek olarak özel ürünler ve toplu özelleştirme, karmaşık işlevsellik, entegre parçalar, daha az malzeme ve ağırlık ve iyileştirilmiş performans verilebilir.
AM'nin büyüme potansiyelini gerçekleştirebilmesi için zorlukların ele alınması gerekir. Çoğu üretim uygulaması için, süreç güvenilir ve tekrarlanabilir olmalıdır. Parçaların ve desteklerin malzemesinin çıkarılmasını ve son işlemeyi otomatikleştirmenin sonraki yöntemleri yardımcı olacaktır. Otomasyon ayrıca üretkenliği artırır ve parça başına maliyeti düşürür.
En büyük ilgi alanlarından biri toz giderme ve sonlandırma gibi işlem sonrası otomasyondur. Uygulamaların seri üretim sürecini otomatikleştirerek aynı teknoloji binlerce kez tekrarlanabilir. Sorun, belirli otomasyon yöntemlerinin parça türüne, boyutuna, malzemesine ve işlemine göre değişebilmesidir. Örneğin, otomatik diş kronlarının işlem sonrası işlenmesi, her ikisi de metalden yapılabilmesine rağmen, roket motoru parçalarının işlenmesinden çok farklıdır.
Parçalar AM için optimize edildiğinden, genellikle daha gelişmiş özellikler ve dahili kanallar eklenir. PBF için ana hedef tozun %100'ünü çıkarmaktır. Solukon otomatik toz giderme sistemleri üretir. Şirket, yapı plakasına hala bağlı olan metal parçaları döndüren ve titreştiren Akıllı Toz Geri Kazanımı (SRP) adlı bir teknoloji geliştirdi. Dönme ve titreşim, parçanın CAD modeli tarafından kontrol edilir. Parçaları hassas bir şekilde hareket ettirerek ve sallayarak, yakalanan toz neredeyse bir sıvı gibi akar. Bu otomasyon manuel işçiliği azaltır ve toz gidermenin güvenilirliğini ve tekrarlanabilirliğini artırabilir.
Manuel toz gidermenin sorunları ve sınırlamaları, küçük miktarlarda bile AM'nin seri üretimde kullanılmasının uygulanabilirliğini sınırlayabilir. Solukon metal tozu giderme sistemleri, inert bir atmosferde çalışabilir ve AM makinelerinde yeniden kullanılmak üzere kullanılmayan tozu toplayabilir. Solukon, bir müşteri anketi gerçekleştirdi ve Aralık 2021'de en büyük iki endişenin iş sağlığı ve yeniden üretilebilirlik olduğunu gösteren bir çalışma yayınladı.
PBF reçine yapılarından tozun manuel olarak çıkarılması zaman alıcı olabilir. DyeMansion ve PostProcess Technologies gibi şirketler tozu otomatik olarak çıkarmak için son işlem sistemleri üretiyor. Birçok katkı üretim parçası, fazla tozu çıkarmak için ortamı ters çevirip dışarı atan bir sisteme yüklenebilir. HP'nin, Jet Fusion 5200'ün yapım haznesinden tozu 20 dakikada çıkardığı söylenen kendi sistemi vardır. Sistem, eritilmemiş tozu yeniden kullanım veya diğer uygulamalar için geri dönüşüm için ayrı bir kapta depolar.
Şirketler, çoğu son işlem adımına uygulanabiliyorsa otomasyondan faydalanabilirler. DyeMansion, toz giderme, yüzey hazırlama ve boyama için sistemler sunar. PowerFuse S sistemi parçaları yükler, pürüzsüz parçaları buharlar ve boşaltır. Şirket, elle yapılan parçaları asmak için paslanmaz çelik bir raf sağlar. PowerFuse S sistemi, enjeksiyon kalıbına benzer bir yüzey üretebilir.
Sektörün karşı karşıya olduğu en büyük zorluk, otomasyonun sunabileceği gerçek fırsatları anlamaktır. Bir milyon polimer parça yapılması gerekiyorsa, geleneksel döküm veya kalıplama süreçleri en iyi çözüm olabilir, ancak bu parçaya bağlıdır. AM genellikle takım üretimi ve testinde ilk üretim çalışması için kullanılabilir. Otomatik son işlem yoluyla, binlerce parça AM kullanılarak güvenilir ve tekrarlanabilir şekilde üretilebilir, ancak bu parçaya özgüdür ve özel bir çözüm gerektirebilir.
AM'nin endüstriyle hiçbir ilgisi yoktur. Birçok kuruluş, ürün ve hizmetlerin düzgün bir şekilde işlemesine yol açabilecek ilginç araştırma ve geliştirme sonuçları sunar. Havacılık endüstrisinde, Relativity Space, şirketin roketlerinin çoğunun üretiminde kullanılmasını umduğu tescilli DED teknolojisini kullanarak en büyük metal katkı üretim sistemlerinden birini üretiyor. Terran 1 roketi, 1.250 kg'lık bir yükü alçak Dünya yörüngesine ulaştırabilir. Relativity, 2022 ortalarında bir test roketi fırlatmayı planlıyor ve halihazırda Terran R adlı daha büyük, yeniden kullanılabilir bir roket planlıyor.
Relativity Space'in Terran 1 ve R roketleri, gelecekteki uzay uçuşlarının nasıl görünebileceğini yeniden hayal etmenin yenilikçi bir yoludur. Katkı maddesi üretimi için tasarım ve optimizasyon bu gelişmeye ilgi uyandırdı. Şirket, bu yöntemin geleneksel roketlere kıyasla parça sayısını 100 kat azalttığını iddia ediyor. Şirket ayrıca, ham maddelerden 60 gün içinde roket üretebileceğini iddia ediyor. Bu, birçok parçayı bir araya getirmenin ve tedarik zincirini büyük ölçüde basitleştirmenin harika bir örneğidir.
Dişçilik sektöründe, eklemeli üretim kuronlar, köprüler, cerrahi delme şablonları, kısmi protezler ve hizalayıcılar üretmek için kullanılır. Align Technology ve SmileDirectClub, şeffaf plastik hizalayıcıları termoform etmek için parçalar üretmek amacıyla 3D baskı kullanır. Invisalign markalı ürünlerin üreticisi olan Align Technology, 3D Systems banyolarında fotopolimerizasyon sistemlerinin çoğunu kullanır. Şirket, 2021 yılında 1998 yılında FDA onayı aldığından beri 10 milyondan fazla hastayı tedavi ettiğini söyledi. Tipik bir hastanın tedavisi düşük bir tahmin olan 10 hizalayıcıdan oluşuyorsa, şirket 100 milyon veya daha fazla AM parçası üretmiştir. FRP parçaların geri dönüşümü zordur çünkü termosettir. SmileDirectClub, diğer uygulamalar için geri dönüştürülebilen termoplastik parçalar üretmek amacıyla HP Multi Jet Fusion (MJF) sistemini kullanır.
Tarihsel olarak, VPP ortodontik apareyler olarak kullanılmak üzere mukavemet özelliklerine sahip ince, şeffaf parçalar üretememiştir. 2021'de LuxCreo ve Graphy olası bir çözüm yayınladı. Şubat itibarıyla Graphy, diş apareylerinin doğrudan 3D baskısı için FDA onayına sahiptir. Bunları doğrudan yazdırırsanız, uçtan uca süreç daha kısa, daha kolay ve potansiyel olarak daha az maliyetli olarak kabul edilir.
Medyanın büyük ilgisini çeken erken bir gelişme, konut gibi büyük ölçekli inşaat uygulamaları için 3D baskının kullanılmasıydı. Genellikle evin duvarları ekstrüzyonla basılır. Zeminler, tavanlar, çatılar, merdivenler, kapılar, pencereler, cihazlar, dolaplar ve tezgahlar dahil olmak üzere evin diğer tüm bölümleri geleneksel yöntemler ve malzemeler kullanılarak yapılmıştır. 3D yazdırılmış duvarlar, elektrik, aydınlatma, sıhhi tesisat, kanal sistemi ve ısıtma ve klima için havalandırma delikleri kurmanın maliyetini artırabilir. Beton bir duvarın iç ve dış kısmını bitirmek, geleneksel bir duvar tasarımına göre daha zordur. Bir evi 3D yazdırılmış duvarlarla modernize etmek de önemli bir husustur.
Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, 3D yazdırılmış duvarlarda enerjinin nasıl depolanacağını araştırıyor. İnşaat sırasında duvara borular yerleştirilerek, ısıtma ve soğutma için su içinden akabilir. Bu Ar-Ge projesi ilgi çekici ve yenilikçi olmakla birlikte henüz geliştirmenin erken aşamasındadır. Bu Ar-Ge projesi ilgi çekici ve yenilikçi olmakla birlikte henüz geliştirmenin erken aşamasındadır.Bu araştırma projesi ilgi çekici ve yenilikçidir, ancak henüz geliştirmenin erken aşamalarındadır.Bu araştırma projesi ilgi çekici ve yenilikçi, ancak hala geliştirmenin erken aşamalarında.
Çoğumuz henüz 3D baskı bina parçalarının veya diğer büyük nesnelerin ekonomisine aşina değiliz. Teknoloji, bazı köprüler, tenteler, park bankları ve binalar ve dış ortamlar için dekoratif elemanlar üretmek için kullanıldı. Küçük ölçeklerde (birkaç santimetreden birkaç metreye kadar) eklemeli üretimin avantajlarının büyük ölçekli 3D baskıya da uygulandığına inanılıyor. Eklemeli üretimin kullanılmasının başlıca faydaları arasında karmaşık şekiller ve özellikler oluşturmak, parça sayısını azaltmak, malzeme ve ağırlığı azaltmak ve üretkenliği artırmak yer alır. AM değer katmıyorsa, kullanışlılığı sorgulanmalıdır.
Ekim 2021'de Stratasys, İngiliz endüstriyel mürekkep püskürtmeli yazıcı üreticisi Xaar'ın bir yan kuruluşu olan Xaar 3D'nin kalan %55 hissesini satın aldı. Stratasys'in Seçici Absorbion Füzyonu adı verilen polimer PBF teknolojisi, Xaar mürekkep püskürtmeli baskı kafalarına dayanmaktadır. Stratasys H350 makinesi HP MJF sistemiyle rekabet eder.
Desktop Metal'i satın almak etkileyiciydi. Şubat 2021'de şirket, uzun süredir endüstriyel katkı üretim sistemleri üreten Envisiontec'i satın aldı. Mayıs 2021'de şirket, esnek VPP polimerleri geliştiricisi olan Adaptive3D'yi satın aldı. Temmuz 2021'de Desktop Metal, çok malzemeli toz kaplama yeniden kaplama süreçlerinin geliştiricisi olan Aerosint'i satın aldı. En büyük satın alma, Desktop Metal'in rakip ExOne'ı 575 milyon dolara satın aldığı Ağustos ayında gerçekleşti.
ExOne'ın Desktop Metal tarafından satın alınması, iki ünlü metal BJT sistemi üreticisini bir araya getiriyor. Genel olarak, teknoloji henüz birçok kişinin inandığı seviyeye ulaşmadı. Şirketler, tekrarlanabilirlik, güvenilirlik ve ortaya çıktıkça 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 milyonuncusunu gönderdiğini söyledi.
Yazılım ve bulut platformu geliştiricileri, katkı üretim sektöründe önemli bir büyüme gördüler. Bu, özellikle AM ​​değer zincirini izleyen performans yönetim sistemleri (MES) için geçerlidir. 3D Systems, Eylül 2021'de Oqton'u 180 milyon dolara satın almayı kabul etti. 2017'de kurulan Oqton, iş akışını iyileştirmek ve AM verimliliğini artırmak için bulut tabanlı çözümler sunar. Materialize, Kasım 2021'de Link3D'yi 33,5 milyon dolara satın aldı. Oqton gibi, Link3D'nin bulut platformu da işi izler ve AM iş akışını basitleştirir.
2021'deki son satın alımlardan biri ASTM International'ın Wohlers Associates'i satın almasıdır. Birlikte, AM'nin dünya çapında daha geniş bir şekilde benimsenmesini desteklemek için Wohlers markasını kullanmak için çalışıyorlar. ASTM AM Mükemmeliyet Merkezi aracılığıyla Wohlers Associates, Wohlers raporları ve diğer yayınları üretmeye devam edecek ve danışmanlık hizmetleri, pazar analizi ve eğitim sağlayacaktır.
Katkılı üretim endüstrisi olgunlaştı ve birçok endüstri bu teknolojiyi çok çeşitli uygulamalar için kullanıyor. Ancak 3D baskı, diğer üretim biçimlerinin çoğunun yerini almayacak. Bunun yerine, yeni ürün ve iş modelleri oluşturmak için kullanılıyor. Kuruluşlar, parçaların ağırlığını azaltmak, teslim sürelerini ve araç maliyetlerini düşürmek ve ürün kişiselleştirmesini ve performansını iyileştirmek için AM'yi kullanıyor. Katkılı üretim endüstrisinin, genellikle inanılmaz bir hızla ortaya çıkan yeni şirketler, ürünler, hizmetler, uygulamalar ve kullanım örnekleriyle büyüme yörüngesini sürdürmesi bekleniyor.