Sản xuất phụ gia, còn được gọi là in 3D, đã tiếp tục phát triển trong gần 35 năm kể từ khi được sử dụng thương mại.Các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, quốc phòng, năng lượng, giao thông vận tải, y tế, nha khoa và tiêu dùng sử dụng sản xuất phụ gia cho nhiều ứng dụng.
Với việc áp dụng rộng rãi như vậy, rõ ràng là sản xuất bồi đắp không phải là giải pháp một kích cỡ phù hợp cho tất cả.Theo tiêu chuẩn thuật ngữ ISO/ASTM 52900, hầu hết tất cả các hệ thống sản xuất bồi đắp thương mại đều thuộc một trong bảy loại quy trình.Chúng bao gồm ép đùn vật liệu (MEX), phản ứng quang trùng hợp bể (VPP), phản ứng tổng hợp trên giường bột (PBF), phun chất kết dính (BJT), phun vật liệu (MJT), lắng đọng năng lượng định hướng (DED) và cán tấm (SHL).Ở đây chúng được sắp xếp theo mức độ phổ biến dựa trên đơn vị bán hàng.
Ngày càng có nhiều chuyên gia trong ngành, bao gồm cả các kỹ sư và nhà quản lý, đang tìm hiểu khi nào sản xuất bồi đắp có thể giúp cải thiện sản phẩm hoặc quy trình và khi nào thì không.Trước đây, các sáng kiến ​​chính để triển khai sản xuất bồi đắp đều do các kỹ sư có kinh nghiệm về công nghệ này thực hiện.Ban quản lý thấy nhiều ví dụ hơn về cách sản xuất bồi đắp có thể cải thiện năng suất, giảm thời gian sản xuất và tạo cơ hội kinh doanh mới.AM sẽ không thay thế hầu hết các hình thức sản xuất truyền thống, nhưng sẽ trở thành một phần trong kho năng lực sản xuất và phát triển sản phẩm của doanh nghiệp.
Sản xuất bồi đắp có nhiều ứng dụng, từ vi lỏng đến xây dựng quy mô lớn.Lợi ích của AM khác nhau tùy theo ngành, ứng dụng và hiệu suất yêu cầu.Các tổ chức phải có lý do chính đáng để triển khai AM, bất kể trường hợp sử dụng.Phổ biến nhất là mô hình hóa khái niệm, xác minh thiết kế, xác minh tính phù hợp và chức năng.Ngày càng có nhiều công ty sử dụng nó để tạo ra các công cụ và ứng dụng cho sản xuất hàng loạt, bao gồm cả phát triển sản phẩm tùy chỉnh.
Đối với các ứng dụng hàng không vũ trụ, trọng lượng là một yếu tố chính.Theo Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Marshall của NASA, chi phí khoảng 10.000 USD để đưa một vật nặng 0,45kg vào quỹ đạo Trái đất.Giảm trọng lượng của vệ tinh có thể tiết kiệm chi phí phóng.Hình ảnh đính kèm cho thấy một phần AM kim loại Swissto12 kết hợp nhiều ống dẫn sóng thành một phần.Với AM, trọng lượng giảm xuống dưới 0,08 kg.
Sản xuất phụ gia được sử dụng trong toàn bộ chuỗi giá trị trong ngành năng lượng.Đối với một số công ty, trường hợp kinh doanh của việc sử dụng AM là nhanh chóng lặp lại các dự án để tạo ra sản phẩm tốt nhất có thể trong khoảng thời gian ngắn nhất.Trong ngành dầu khí, các bộ phận hoặc cụm lắp ráp bị hư hỏng có thể gây thiệt hại hàng nghìn đô la trở lên do năng suất bị mất mỗi giờ.Sử dụng AM để khôi phục hoạt động có thể đặc biệt hấp dẫn.
Một nhà sản xuất lớn của hệ thống DED MX3D đã phát hành một công cụ sửa chữa đường ống nguyên mẫu.Theo công ty, một đường ống bị hư hỏng có thể tiêu tốn từ 100.000 € đến 1.000.000 € ($113,157- $1,131,570) mỗi ngày.Bộ cố định hiển thị trên trang tiếp theo sử dụng bộ phận CNC làm khung và sử dụng DED để hàn chu vi của ống.AM cung cấp tỷ lệ lắng đọng cao với chất thải tối thiểu, trong khi CNC cung cấp độ chính xác cần thiết.
Vào năm 2021, một vỏ bọc nước in 3D đã được lắp đặt trên một giàn khoan dầu của TotalEnergies ở Biển Bắc.Áo nước là một yếu tố quan trọng được sử dụng để kiểm soát quá trình thu hồi hydrocacbon trong các giếng đang được xây dựng.Trong trường hợp này, lợi ích của việc sử dụng sản xuất phụ gia là giảm thời gian sản xuất và giảm 45% lượng khí thải so với áo khoác nước rèn truyền thống.
Một trường hợp kinh doanh khác cho sản xuất phụ gia là giảm dụng cụ đắt tiền.Phone Scope đã phát triển bộ điều hợp kỹ thuật số cho các thiết bị kết nối máy ảnh của điện thoại với kính thiên văn hoặc kính hiển vi.Điện thoại mới được phát hành hàng năm, yêu cầu các công ty phát hành một dòng bộ điều hợp mới.Bằng cách sử dụng AM, một công ty có thể tiết kiệm tiền cho các công cụ đắt tiền cần được thay thế khi điện thoại mới được phát hành.
Như với bất kỳ quy trình hoặc công nghệ nào, không nên sử dụng sản xuất bồi đắp vì nó được coi là mới hoặc khác biệt.Điều này là để cải thiện quy trình phát triển và/hoặc sản xuất sản phẩm.Nó sẽ thêm giá trị.Ví dụ về các trường hợp kinh doanh khác bao gồm các sản phẩm tùy chỉnh và tùy chỉnh hàng loạt, chức năng phức tạp, các bộ phận tích hợp, vật liệu và trọng lượng ít hơn cũng như hiệu suất được cải thiện.
Để AM nhận ra tiềm năng tăng trưởng của mình, các thách thức cần được giải quyết.Đối với hầu hết các ứng dụng sản xuất, quy trình phải đáng tin cậy và có thể tái sản xuất.Các phương pháp tiếp theo để tự động loại bỏ vật liệu của các bộ phận và giá đỡ cũng như xử lý hậu kỳ sẽ giúp ích.Tự động hóa cũng làm tăng năng suất và giảm chi phí cho mỗi bộ phận.
Một trong những lĩnh vực được quan tâm nhiều nhất là tự động hóa hậu xử lý như loại bỏ bột và hoàn thiện.Bằng cách tự động hóa quá trình sản xuất hàng loạt các ứng dụng, cùng một công nghệ có thể được lặp lại hàng nghìn lần.Vấn đề là các phương pháp tự động hóa cụ thể có thể khác nhau tùy theo loại bộ phận, kích thước, vật liệu và quy trình.Ví dụ, quá trình xử lý sau mão răng tự động rất khác với quá trình xử lý các bộ phận của động cơ tên lửa, mặc dù cả hai đều có thể được làm bằng kim loại.
Vì các bộ phận được tối ưu hóa cho AM nên các tính năng nâng cao hơn và các kênh nội bộ thường được thêm vào.Đối với PBF, mục tiêu chính là loại bỏ 100% bột.Solukon sản xuất hệ thống loại bỏ bột tự động.Công ty đã phát triển một công nghệ có tên là Smart Powder Recovery (SRP) giúp xoay và rung các bộ phận kim loại vẫn được gắn vào tấm bản dựng.Xoay và rung được điều khiển bởi mô hình CAD của bộ phận.Bằng cách di chuyển và lắc chính xác các bộ phận, bột thu được sẽ chảy gần giống như chất lỏng.Quá trình tự động hóa này giúp giảm lao động thủ công và có thể cải thiện độ tin cậy cũng như khả năng lặp lại của quá trình loại bỏ bột.
Các vấn đề và hạn chế của việc loại bỏ bột thủ công có thể hạn chế khả năng sử dụng AM để sản xuất hàng loạt, ngay cả với số lượng nhỏ.Hệ thống loại bỏ bột kim loại Solukon có thể hoạt động trong môi trường trơ ​​và thu gom bột không sử dụng để tái sử dụng trong máy AM.Solukon đã tiến hành khảo sát khách hàng và công bố một nghiên cứu vào tháng 12 năm 2021 cho thấy hai mối quan tâm lớn nhất là sức khỏe nghề nghiệp và khả năng tái sản xuất.
Loại bỏ bột thủ công khỏi cấu trúc nhựa PBF có thể tốn thời gian.Các công ty như DyeMansion và PostProcess Technologies đang xây dựng các hệ thống hậu xử lý để tự động loại bỏ bột.Nhiều bộ phận sản xuất bồi đắp có thể được nạp vào một hệ thống đảo ngược và đẩy môi trường ra ngoài để loại bỏ bột thừa.HP có hệ thống riêng được cho là loại bỏ bột khỏi buồng chế tạo của Jet Fusion 5200 trong 20 phút.Hệ thống lưu trữ bột chưa nấu chảy trong một thùng chứa riêng để tái sử dụng hoặc tái chế cho các ứng dụng khác.
Các công ty có thể hưởng lợi từ tự động hóa nếu nó có thể được áp dụng cho hầu hết các bước hậu xử lý.DyeMansion cung cấp các hệ thống loại bỏ bột, chuẩn bị bề mặt và sơn.Hệ thống PowerFuse S tải các bộ phận, hấp các bộ phận nhẵn và dỡ chúng ra.Công ty cung cấp giá đỡ bằng thép không gỉ để treo các bộ phận, được thực hiện bằng tay.Hệ thống PowerFuse S có thể tạo ra bề mặt tương tự như khuôn phun.
Thách thức lớn nhất mà ngành phải đối mặt là hiểu được những cơ hội thực sự mà tự động hóa mang lại.Nếu cần chế tạo một triệu bộ phận polyme, quy trình đúc hoặc đúc truyền thống có thể là giải pháp tốt nhất, mặc dù điều này phụ thuộc vào bộ phận.AM thường có sẵn cho lần sản xuất đầu tiên trong quá trình sản xuất và thử nghiệm công cụ.Thông qua quá trình xử lý hậu kỳ tự động, hàng nghìn bộ phận có thể được sản xuất một cách đáng tin cậy và có khả năng tái sản xuất bằng AM, nhưng nó chỉ dành riêng cho từng bộ phận và có thể yêu cầu một giải pháp tùy chỉnh.
AM không liên quan gì đến ngành công nghiệp.Nhiều tổ chức trình bày các kết quả nghiên cứu và phát triển thú vị có thể giúp các sản phẩm và dịch vụ hoạt động bình thường.Trong ngành hàng không vũ trụ, Relativity Space sản xuất một trong những hệ thống sản xuất phụ gia kim loại lớn nhất sử dụng công nghệ DED độc quyền mà công ty hy vọng sẽ được sử dụng để sản xuất phần lớn tên lửa của mình.Tên lửa Terran 1 của nó có thể mang trọng tải 1.250 kg lên quỹ đạo thấp của Trái đất.Thuyết tương đối có kế hoạch phóng một tên lửa thử nghiệm vào giữa năm 2022 và đã lên kế hoạch cho một tên lửa tái sử dụng lớn hơn có tên là Terran R.
Tên lửa Terran 1 và R của Thuyết tương đối không gian là một cách sáng tạo để hình dung lại chuyến bay vũ trụ trong tương lai sẽ trông như thế nào.Thiết kế và tối ưu hóa cho sản xuất bồi đắp đã thu hút sự quan tâm đến sự phát triển này.Công ty tuyên bố rằng phương pháp này giảm số lượng bộ phận xuống 100 lần so với tên lửa truyền thống.Công ty cũng tuyên bố có thể sản xuất tên lửa từ nguyên liệu thô trong vòng 60 ngày.Đây là một ví dụ tuyệt vời về việc kết hợp nhiều bộ phận thành một và đơn giản hóa đáng kể chuỗi cung ứng.
Trong ngành nha khoa, sản xuất phụ gia được sử dụng để chế tạo mão răng, cầu răng, mẫu khoan phẫu thuật, răng giả bán phần và khay chỉnh răng.Align Technology và SmileDirectClub sử dụng in 3D để sản xuất các bộ phận cho khay chỉnh nha bằng nhựa trong ép nhiệt.Align Technology, nhà sản xuất các sản phẩm mang nhãn hiệu Invisalign, sử dụng nhiều hệ thống quang trùng hợp trong bồn tắm Hệ thống 3D.Vào năm 2021, công ty cho biết họ đã điều trị cho hơn 10 triệu bệnh nhân kể từ khi được FDA chấp thuận vào năm 1998. Nếu một đợt điều trị điển hình cho bệnh nhân bao gồm 10 khay, đây là con số ước tính thấp, thì công ty đã sản xuất 100 triệu bộ phận AM trở lên.Các bộ phận FRP khó tái chế vì chúng là nhiệt rắn.SmileDirectClub sử dụng hệ thống HP Multi Jet Fusion (MJF) để sản xuất các bộ phận nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế cho các ứng dụng khác.
Trong lịch sử, VPP đã không thể sản xuất các bộ phận mỏng, trong suốt với các đặc tính bền để sử dụng làm khí cụ chỉnh nha.Vào năm 2021, LuxCreo và Graphy đã đưa ra một giải pháp khả thi.Kể từ tháng 2, Graphy đã được FDA chấp thuận cho phép in 3D trực tiếp các thiết bị nha khoa.Nếu bạn in chúng trực tiếp, quy trình từ đầu đến cuối được coi là ngắn hơn, dễ dàng hơn và có khả năng ít tốn kém hơn.
Một sự phát triển ban đầu đã nhận được rất nhiều sự chú ý của giới truyền thông là việc sử dụng in 3D cho các ứng dụng xây dựng quy mô lớn như nhà ở.Thường thì các bức tường của ngôi nhà được in bằng cách ép đùn.Tất cả các bộ phận khác của ngôi nhà được làm bằng các phương pháp và vật liệu truyền thống, bao gồm sàn nhà, trần nhà, mái nhà, cầu thang, cửa ra vào, cửa sổ, thiết bị, tủ và mặt bàn.Tường in 3D có thể làm tăng chi phí lắp đặt điện, ánh sáng, hệ thống ống nước, ống dẫn và lỗ thông hơi để sưởi ấm và điều hòa không khí.Hoàn thiện nội thất và ngoại thất của một bức tường bê tông khó hơn so với thiết kế tường truyền thống.Hiện đại hóa một ngôi nhà với những bức tường in 3D cũng là một cân nhắc quan trọng.
Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đang nghiên cứu cách lưu trữ năng lượng trong các bức tường in 3D.Bằng cách chèn các đường ống vào tường trong quá trình xây dựng, nước có thể chảy qua nó để sưởi ấm và làm mát. Dự án R&D này rất thú vị và đổi mới, nhưng nó vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Dự án R&D này rất thú vị và đổi mới, nhưng nó vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.Dự án nghiên cứu này rất thú vị và sáng tạo, nhưng nó vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.Dự án nghiên cứu này rất thú vị và sáng tạo, nhưng vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu.
Hầu hết chúng ta vẫn chưa quen với tính kinh tế của các bộ phận xây dựng in 3D hoặc các vật thể lớn khác.Công nghệ này đã được sử dụng để sản xuất một số cây cầu, mái hiên, ghế công viên và các yếu tố trang trí cho các tòa nhà và môi trường ngoài trời.Người ta tin rằng những lợi thế của sản xuất bồi đắp ở quy mô nhỏ (từ vài cm đến vài mét) áp dụng cho in 3D quy mô lớn.Những lợi ích chính của việc sử dụng sản xuất bồi đắp bao gồm tạo ra các hình dạng và tính năng phức tạp, giảm số lượng bộ phận, giảm vật liệu và trọng lượng, đồng thời tăng năng suất.Nếu AM không thêm giá trị, thì tính hữu dụng của nó sẽ bị nghi ngờ.
Vào tháng 10 năm 2021, Stratasys đã mua 55% cổ phần còn lại của Xaar 3D, một công ty con của nhà sản xuất máy in phun công nghiệp Xaar của Anh.Công nghệ PBF polyme của Stratasys, được gọi là Hợp nhất Hấp thụ Chọn lọc, dựa trên các đầu in phun Xaar.Máy Stratasys H350 cạnh tranh với hệ thống HP MJF.
Việc mua Desktop Metal thật ấn tượng.Vào tháng 2 năm 2021, công ty đã mua lại Envisiontec, nhà sản xuất hệ thống sản xuất bồi đắp công nghiệp lâu năm.Vào tháng 5 năm 2021, công ty đã mua lại Adaptive3D, nhà phát triển polyme VPP dẻo.Vào tháng 7 năm 2021, Desktop Metal đã mua lại Aerosint, nhà phát triển các quy trình sơn phủ bột đa vật liệu.Thương vụ mua lại lớn nhất diễn ra vào tháng 8 khi Desktop Metal mua đối thủ cạnh tranh ExOne với giá 575 triệu USD.
Việc mua lại ExOne của Desktop Metal đã quy tụ hai nhà sản xuất hệ thống BJT kim loại nổi tiếng lại với nhau.Nói chung, công nghệ vẫn chưa đạt đến mức mà nhiều người tin tưởng.Các công ty tiếp tục giải quyết các vấn đề như tính lặp lại, độ tin cậy và tìm hiểu nguyên nhân gốc rễ của các vấn đề khi chúng phát sinh.Mặc dù vậy, nếu các vấn đề được giải quyết, vẫn còn chỗ cho công nghệ tiếp cận các thị trường lớn hơn.Vào tháng 7 năm 2021, 3DEO, nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hệ thống in 3D độc quyền, cho biết họ đã giao một phần triệu cho khách hàng.
Các nhà phát triển phần mềm và nền tảng đám mây đã chứng kiến ​​sự tăng trưởng đáng kể trong ngành sản xuất phụ gia.Điều này đặc biệt đúng đối với các hệ thống quản lý hiệu suất (MES) theo dõi chuỗi giá trị AM.3D Systems đã đồng ý mua lại Oqton vào tháng 9 năm 2021 với giá 180 triệu USD.Được thành lập vào năm 2017, Oqton cung cấp các giải pháp dựa trên đám mây để cải thiện quy trình làm việc và nâng cao hiệu quả AM.Materialise mua lại Link3D vào tháng 11 năm 2021 với giá 33,5 triệu USD.Giống như Oqton, nền tảng đám mây của Link3D theo dõi hoạt động và đơn giản hóa quy trình làm việc AM.
Một trong những thương vụ mua lại mới nhất vào năm 2021 là thương vụ mua lại Wohlers Associates của ASTM International.Họ cùng nhau làm việc để tận dụng thương hiệu Wohlers để hỗ trợ việc áp dụng AM rộng rãi hơn trên toàn thế giới.Thông qua Trung tâm Xuất sắc của ASTM AM, Wohlers Associates sẽ tiếp tục sản xuất các báo cáo của Wohlers và các ấn phẩm khác, cũng như cung cấp các dịch vụ tư vấn, phân tích thị trường và đào tạo.
Ngành sản xuất phụ gia đã trưởng thành và nhiều ngành đang sử dụng công nghệ này cho nhiều ứng dụng.Nhưng in 3D sẽ không thay thế hầu hết các hình thức sản xuất khác.Thay vào đó, nó được sử dụng để tạo ra các loại sản phẩm và mô hình kinh doanh mới.Các tổ chức sử dụng AM để giảm trọng lượng của các bộ phận, giảm thời gian sản xuất và chi phí công cụ, đồng thời cải thiện hiệu suất và cá nhân hóa sản phẩm.Ngành sản xuất bồi đắp dự kiến ​​sẽ tiếp tục quỹ đạo tăng trưởng với các công ty, sản phẩm, dịch vụ, ứng dụng và trường hợp sử dụng mới xuất hiện, thường với tốc độ chóng mặt.