Адытыўная вытворчасць, таксама вядомая як 3D-друк, працягвае развівацца амаль 35 гадоў з моманту яе камерцыйнага выкарыстання. Адытыўная вытворчасць выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай, аўтамабільнай, абароннай, энергетычнай, транспартнай, медыцынскай, стаматалагічнай і спажывецкай галінах прамысловасці для шырокага спектру прымянення.
З такім шырокім распаўсюджваннем відавочна, што адытыўная вытворчасць не з'яўляецца універсальным рашэннем. Згодна са стандартам тэрміналогіі ISO/ASTM 52900, амаль усе камерцыйныя сістэмы адытыўнай вытворчасці адносяцца да адной з сямі катэгорый працэсаў. Да іх адносяцца экструзія матэрыялу (MEX), фотапалімерызацыя ў ванне (VPP), плаўленне ў парашковым ложку (PBF), напыленне злучных рэчываў (BJT), напыленне матэрыялу (MJT), накіраванае энергетычнае нанясенне (DED) і ламінаванне лістоў (SHL). Тут яны адсартаваны па папулярнасці на аснове продажаў адзінак.
Усё большая колькасць спецыялістаў галіны, у тым ліку інжынераў і менеджараў, разумеюць, калі адытыўная вытворчасць можа дапамагчы палепшыць прадукт або працэс, а калі не. Гістарычна склалася, што асноўныя ініцыятывы па ўкараненні адытыўнай вытворчасці зыходзілі ад інжынераў, якія маюць досвед працы з гэтай тэхналогіяй. Кіраўніцтва бачыць усё больш прыкладаў таго, як адытыўная вытворчасць можа павысіць прадукцыйнасць, скараціць тэрміны выканання і стварыць новыя бізнес-магчымасці. Адытыўная вытворчасць не заменіць большасць традыцыйных формаў вытворчасці, але стане часткай арсенала прадпрымальніка ў галіне распрацоўкі прадуктаў і вытворчых магчымасцей.
Адытыўная вытворчасць мае шырокі спектр прымянення, ад мікрафлюідыкі да маштабнага будаўніцтва. Перавагі адытыўнай вытворчасці адрозніваюцца ў залежнасці ад галіны, прымянення і неабходнай прадукцыйнасці. Арганізацыі павінны мець важкія прычыны для ўкаранення адытыўнай вытворчасці, незалежна ад выпадку выкарыстання. Найбольш распаўсюджанымі з'яўляюцца канцэптуальнае мадэляванне, праверка дызайну, а таксама праверка прыдатнасці і функцыянальнасці. Усё больш і больш кампаній выкарыстоўваюць яе для стварэння інструментаў і прыкладанняў для масавай вытворчасці, у тым ліку для распрацоўкі прадуктаў на заказ.
Для аэракасмічных прымяненняў вага з'яўляецца асноўным фактарам. Паводле звестак Цэнтра касмічных палётаў імя Маршала НАСА, вывад карыснай нагрузкі вагой 0,45 кг на калязямную арбіту каштуе каля 10 000 долараў. Зніжэнне вагі спадарожнікаў можа зэканоміць на выдатках на запуск. На прыкладзеным малюнку паказана металічная дэталь Swissto12 для AM, якая аб'ядноўвае некалькі хваляводаў у адну дэталь. З AM вага змяншаецца да менш чым 0,08 кг.
Адытыўная вытворчасць выкарыстоўваецца ва ўсім ланцужку стварэння каштоўнасці ў энергетычнай галіне. Для некаторых кампаній бізнес-кейс выкарыстання адытыўнай вытворчасці заключаецца ў хуткай ітэрацыі праектаў для стварэння найлепшага магчымага прадукту за найкарацейшы прамежак часу. У нафтагазавай прамысловасці пашкоджаныя дэталі або вузлы могуць каштаваць тысяч долараў і больш з-за страты прадукцыйнасці ў гадзіну. Выкарыстанне адытыўнай вытворчасці для аднаўлення аперацый можа быць асабліва прывабным.
Буйны вытворца сістэм дыферэнцыяльнага напластавання MX3D выпусціў прататып інструмента для рамонту труб. Паводле звестак кампаніі, пашкоджаны трубаправод можа каштаваць ад 100 000 да 1 000 000 еўра (113 157–1 131 570 долараў) у дзень. Прыстасаванне, паказанае на наступнай старонцы, выкарыстоўвае дэталь з ЧПУ ў якасці рамы і выкарыстоўвае дыферэнцыяльнае напластаванне для зваркі перыметра трубы. Адытыўнае адаптаванне забяспечвае высокую хуткасць напластавання з мінімальнымі адходамі, а ЧПУ забяспечвае неабходную дакладнасць.
У 2021 годзе на нафтавай платформе TotalEnergies у Паўночным моры была ўсталявана абсадная труба, надрукаваная на 3D-прынтары. Вадзяныя кашулі з'яўляюцца найважнейшым элементам, які выкарыстоўваецца для кантролю здабычы вуглевадародаў у свідравінах, якія будуюцца. У гэтым выпадку перавагамі выкарыстання адытыўнай вытворчасці з'яўляюцца скарачэнне тэрмінаў выканання работ і зніжэнне выкідаў на 45% у параўнанні з традыцыйнымі каванымі вадзянымі кашулямі.
Яшчэ адзін бізнес-кейс для адытыўнай вытворчасці — гэта скарачэнне дарагога абсталявання. Кампанія Phone Scope распрацавала адаптары для дыгіскапічных прылад, якія падключаюць камеру тэлефона да тэлескопа або мікраскопа. Новыя тэлефоны выпускаюцца кожны год, што патрабуе ад кампаній выпускаць новую лінейку адаптараў. Выкарыстоўваючы адытыўнае вытворчасць, кампанія можа зэканоміць грошы на дарагіх інструментах, якія неабходна замяніць пры выпуску новых тэлефонаў.
Як і ў выпадку з любым працэсам або тэхналогіяй, адытыўная вытворчасць не павінна выкарыстоўвацца, бо яна лічыцца новай або адрознай. Гэта робіцца для паляпшэння распрацоўкі прадуктаў і/або вытворчых працэсаў. Яна павінна павялічваць каштоўнасць. Прыкладамі іншых бізнес-кейсаў з'яўляюцца вырабы на заказ і масавая кастомізацыя, складаная функцыянальнасць, інтэграваныя дэталі, меншы аб'ём матэрыялаў і вагу, а таксама паляпшэнне прадукцыйнасці.
Каб адміністрацыйнае вытворчасць (АД) рэалізавала свой патэнцыял росту, неабходна вырашыць пэўныя праблемы. Для большасці вытворчых прымяненняў працэс павінен быць надзейным і прайгравальным. У гэтым дапамогуць наступныя метады аўтаматызацыі выдалення матэрыялу з дэталяў і апор, а таксама пасляапрацоўкі. Аўтаматызацыя таксама павышае прадукцыйнасць і зніжае кошт вырабу адной дэталі.
Адной з найбольш цікавых абласцей з'яўляецца аўтаматызацыя пасляапрацоўкі, напрыклад, выдаленне парашка і аздабленне. Аўтаматызуючы працэс масавай вытворчасці, адну і тую ж тэхналогію можна паўтараць тысячы разоў. Праблема ў тым, што канкрэтныя метады аўтаматызацыі могуць адрознівацца ў залежнасці ад тыпу дэталі, памеру, матэрыялу і працэсу. Напрыклад, пасляапрацоўка аўтаматызаваных стаматалагічных каронак вельмі адрозніваецца ад апрацоўкі дэталяў ракетнага рухавіка, хоць абедзве могуць быць выраблены з металу.
Паколькі дэталі аптымізаваны для аддаемага выпрацоўвання (AM), часта дадаюцца больш прасунутыя функцыі і ўнутраныя каналы. Для PBF галоўная мэта — выдаліць 100% парашка. Solukon вырабляе аўтаматычныя сістэмы выдалення парашка. Кампанія распрацавала тэхналогію пад назвай Smart Powder Recovery (SRP), якая круціць і вібруе металічныя дэталі, якія ўсё яшчэ прымацаваны да пласціны. Кручэнне і вібрацыя кантралююцца CAD-мадэллю дэталі. Дзякуючы дакладнаму перамяшчэнню і страсенню дэталяў, захоплены парашок цячэ амаль як вадкасць. Гэтая аўтаматызацыя памяншае ручную працу і можа палепшыць надзейнасць і ўзнаўляльнасць выдалення парашка.
Праблемы і абмежаванні ручнога выдалення парашка могуць абмяжоўваць жыццяздольнасць выкарыстання адытыўнага вытворчасці для масавай вытворчасці, нават у невялікіх колькасцях. Сістэмы выдалення металічнага парашка Solukon могуць працаваць у інэртнай атмасферы і збіраць нявыкарыстаны парашок для паўторнага выкарыстання ў машынах адытыўнага вытворчасці. Solukon правяла апытанне кліентаў і апублікавала даследаванне ў снежні 2021 года, якое паказвае, што дзве найбольшыя праблемы - гэта ахова працы і ўзнаўляльнасць.
Ручное выдаленне парашка з канструкцый з смалы PBF можа заняць шмат часу. Такія кампаніі, як DyeMansion і PostProcess Technologies, ствараюць сістэмы пост-апрацоўкі для аўтаматычнага выдалення парашка. Шматлікія дэталі адытыўнай вытворчасці можна загрузіць у сістэму, якая пераварочвае і выкідвае асяроддзе для выдалення лішняга парашка. HP мае ўласную сістэму, якая, як кажуць, выдаляе парашок з камеры зборкі Jet Fusion 5200 за 20 хвілін. Сістэма захоўвае нерасплаўлены парашок у асобным кантэйнеры для паўторнага выкарыстання або перапрацоўкі для іншых мэтаў.
Кампаніі могуць атрымаць выгаду ад аўтаматызацыі, калі яе можна будзе прымяніць да большасці этапаў пасляапрацоўкі. DyeMansion прапануе сістэмы для выдалення парашка, падрыхтоўкі паверхні і афарбоўкі. Сістэма PowerFuse S загружае дэталі, апрацоўвае гладкія дэталі парай і выгружае іх. Кампанія прадастаўляе стэлаж з нержавеючай сталі для падвешвання дэталяў, што робіцца ўручную. Сістэма PowerFuse S можа ствараць паверхню, падобную да ліццёвай формы.
Найбольшая праблема, з якой сутыкаецца галіна, — гэта разуменне рэальных магчымасцей, якія прапануе аўтаматызацыя. Калі трэба вырабіць мільён палімерных дэталяў, традыцыйныя працэсы ліцця або фармоўкі могуць быць найлепшым рашэннем, хоць гэта залежыць ад дэталі. Адытыўнае выпрацоўванне (АД) часта даступна для першай вытворчай партыі ў вытворчасці і выпрабаваннях інструментаў. Дзякуючы аўтаматызаванай пасляапрацоўцы, тысячы дэталяў можна надзейна і адэкватна вырабіць з дапамогай АД, але гэта залежыць ад канкрэтнай дэталі і можа запатрабаваць індывідуальнага рашэння.
Адытыўнае вытворчасць (AM) не мае ніякага дачынення да прамысловасці. Шматлікія арганізацыі прадстаўляюць цікавыя вынікі даследаванняў і распрацовак, якія могуць прывесці да належнага функцыянавання прадуктаў і паслуг. У аэракасмічнай прамысловасці Relativity Space вырабляе адну з найбуйнейшых сістэм адытыўнага вытворчасці металаў з выкарыстаннем запатэнтаванай тэхналогіі DED, якая, як спадзяецца кампанія, будзе выкарыстоўвацца для вытворчасці большасці яе ракет. Яе ракета Terran 1 можа даставіць на нізкую калязямную арбіту карысную нагрузку вагой 1250 кг. Relativity плануе запусціць выпрабавальную ракету ў сярэдзіне 2022 года і ўжо плануе стварыць большую ракету шматразовага выкарыстання пад назвай Terran R.
Ракеты Terran 1 і R кампаніі Relativity Space — гэта інавацыйны спосаб пераасэнсаваць будучыя касмічныя палёты. Цікавасць да гэтай распрацоўкі выклікала распрацоўка і аптымізацыя для адытыўнай вытворчасці. Кампанія сцвярджае, што гэты метад памяншае колькасць дэталяў у 100 разоў у параўнанні з традыцыйнымі ракетамі. Кампанія таксама сцвярджае, што можа вырабляць ракеты з сыравіны на працягу 60 дзён. Гэта выдатны прыклад аб'яднання многіх дэталяў у адну і значнага спрашчэння ланцужка паставак.
У стаматалагічнай галіне адытыўная вытворчасць выкарыстоўваецца для вырабу каронак, мастоў, хірургічных шаблонаў для свідравання, частковых пратэзаў і элайнераў. Align Technology і SmileDirectClub выкарыстоўваюць 3D-друк для вытворчасці дэталяў для тэрмафармавання празрыстых пластыкавых элайнераў. Align Technology, вытворца прадукцыі маркі Invisalign, выкарыстоўвае многія сістэмы фотапалімерызацыі ў ваннах 3D Systems. У 2021 годзе кампанія заявіла, што з моманту атрымання адабрэння FDA ў 1998 годзе яна пралячыла больш за 10 мільёнаў пацыентаў. Калі лячэнне тыповага пацыента складаецца з 10 элайнераў, што з'яўляецца заніжанай ацэнкай, кампанія вырабіла 100 мільёнаў або больш дэталяў адытыўнага вытворчасці. Дэталі з FRP цяжка перапрацаваць, таму што яны тэрмарэактыўныя. SmileDirectClub выкарыстоўвае сістэму HP Multi Jet Fusion (MJF) для вытворчасці тэрмапластычных дэталяў, якія можна перапрацаваць для іншых мэтаў.
Гістарычна склалася, што VPP не магла вырабляць тонкія, празрыстыя дэталі з трывалымі ўласцівасцямі для выкарыстання ў якасці артадантычных апаратаў. У 2021 годзе LuxCreo і Graphy прадставілі магчымае рашэнне. Па стане на люты, Graphy мае дазвол FDA на прамы 3D-друк стаматалагічных апаратаў. Калі вы друкуеце іх непасрэдна, увесь працэс лічыцца карацейшым, прасцейшым і патэнцыйна менш затратным.
Ранняй распрацоўкай, якая прыцягнула вялікую ўвагу СМІ, стала выкарыстанне 3D-друку для маштабнага будаўніцтва, напрыклад, для жыллёвага будаўніцтва. Часта сцены дома друкуюцца метадам экструзіі. Усе астатнія часткі дома, у тым ліку падлогі, столі, дахі, лесвіцы, дзверы, вокны, бытавая тэхніка, шафы і стальніцы, былі зроблены з выкарыстаннем традыцыйных метадаў і матэрыялаў. Сцены, надрукаваныя на 3D-друку, могуць павялічыць кошт устаноўкі электрычнасці, асвятлення, сантэхнікі, паветраводаў і вентыляцыйных адтулін для ацяплення і кандыцыянавання паветра. Аздабленне інтэр'еру і экстэр'еру бетоннай сцяны складаней, чым пры традыцыйным дызайне сцен. Мадэрнізацыя дома з дапамогай сцен, надрукаваных на 3D-друку, таксама з'яўляецца важным фактарам.
Даследчыкі з Нацыянальнай лабараторыі Оўк-Рыдж вывучаюць, як захоўваць энергію ў сценах, надрукаваных на 3D-прынтары. Устаўляючы трубы ў сцяну падчас будаўніцтва, вада можа працякаць праз яе для нагрэву і астуджэння. Гэты навукова-даследчы праект цікавы і інавацыйны, але ён усё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі распрацоўкі. Гэты навукова-даследчы праект цікавы і інавацыйны, але ён усё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі распрацоўкі.Гэты даследчы праект цікавы і інавацыйны, але ён усё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі распрацоўкі.Гэты даследчы праект цікавы і інавацыйны, але ўсё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі распрацоўкі.
Большасць з нас яшчэ не знаёмая з эканомікай 3D-друку будаўнічых дэталяў або іншых буйных аб'ектаў. Гэтая тэхналогія выкарыстоўвалася для вырабу некаторых мастоў, навесаў, паркавых лавак і дэкаратыўных элементаў для будынкаў і вонкавага асяроддзя. Лічыцца, што перавагі адытыўнай вытворчасці ў малых маштабах (ад некалькіх сантыметраў да некалькіх метраў) распаўсюджваюцца і на маштабны 3D-друк. Асноўныя перавагі выкарыстання адытыўнай вытворчасці ўключаюць стварэнне складаных формаў і элементаў, скарачэнне колькасці дэталяў, змяншэнне матэрыялаў і вагі, а таксама павышэнне прадукцыйнасці. Калі адытыўная вытворчасць не дадае каштоўнасці, яе карыснасць варта паставіць пад сумнеў.
У кастрычніку 2021 года Stratasys набыла астатнія 55% акцый Xaar 3D, даччынай кампаніі брытанскага вытворцы прамысловых струменевых прынтараў Xaar. Тэхналогія палімернага полімернага напылення Stratasys пад назвай Selective Absorbion Fusion заснавана на друкавальных галоўках Xaar для струменевых прынтараў. Машына Stratasys H350 канкуруе з сістэмай HP MJF.
Купля Desktop Metal была ўражлівай. У лютым 2021 года кампанія набыла Envisiontec, даўняга вытворцы прамысловых сістэм адытыўнай вытворчасці. У маі 2021 года кампанія набыла Adaptive3D, распрацоўшчыка гнуткіх палімераў VPP. У ліпені 2021 года Desktop Metal набыла Aerosint, распрацоўшчыка працэсаў паўторнага пакрыцця розных матэрыялаў парашковым пакрыццём. Найбуйнейшым набыццём адбылося ў жніўні, калі Desktop Metal купіла канкурэнта ExOne за 575 мільёнаў долараў.
Набыццё ExOne кампаніяй Desktop Metal аб'ядноўвае двух вядомых вытворцаў металічных сістэм BJT. У цэлым, тэхналогія яшчэ не дасягнула таго ўзроўню, на які многія лічаць. Кампаніі працягваюць вырашаць такія пытанні, як паўтаральнасць, надзейнасць і разуменне першапрычыны праблем па меры іх узнікнення. Тым не менш, калі праблемы будуць вырашаны, тэхналогія ўсё яшчэ можа выйсці на больш шырокія рынкі. У ліпені 2021 года 3DEO, пастаўшчык паслуг, які выкарыстоўвае запатэнтаваную сістэму 3D-друку, заявіў, што адгрузіў мільённы прадукт кліентам.
Распрацоўшчыкі праграмнага забеспячэння і воблачных платформаў назіраюць значны рост у індустрыі адытыўнай вытворчасці. Гэта асабліва актуальна для сістэм кіравання прадукцыйнасцю (MES), якія адсочваюць ланцужок стварэння каштоўнасці адытыўнага вытворчасці. 3D Systems дамовілася аб набыцці Oqton у верасні 2021 года за 180 мільёнаў долараў. Заснаваная ў 2017 годзе, Oqton прапануе воблачныя рашэнні для паляпшэння працоўнага працэсу і павышэння эфектыўнасці адытыўнага вытворчасці. Materialize набыла Link3D у лістападзе 2021 года за 33,5 мільёна долараў. Як і Oqton, воблачная платформа Link3D адсочвае працу і спрашчае працоўны працэс адытыўнага вытворчасці.
Адным з апошніх набыццяў у 2021 годзе стала набыццё кампаніяй ASTM International кампаніі Wohlers Associates. Разам яны працуюць над выкарыстаннем брэнда Wohlers для падтрымкі больш шырокага ўкаранення адміністрацыйнага вытворчасці па ўсім свеце. Праз Цэнтр дасканаласці ASTM AM, Wohlers Associates будзе працягваць рыхтаваць справаздачы Wohlers і іншыя публікацыі, а таксама прадастаўляць кансультацыйныя паслугі, аналіз рынку і навучанне.
Індустрыя адытыўнай вытворчасці стала значна больш дарослай, і многія галіны выкарыстоўваюць гэту тэхналогію для шырокага спектру прымянення. Але 3D-друк не заменіць большасць іншых формаў вытворчасці. Замест гэтага ён выкарыстоўваецца для стварэння новых тыпаў прадуктаў і бізнес-мадэляў. Арганізацыі выкарыстоўваюць адытыўнае вытворчасць для зніжэння вагі дэталяў, скарачэння тэрмінаў выканання і выдаткаў на інструменты, а таксама для паляпшэння персаналізацыі і прадукцыйнасці прадуктаў. Чакаецца, што індустрыя адытыўнай вытворчасці працягне свой рост з з'яўленнем новых кампаній, прадуктаў, паслуг, прыкладанняў і выпадкаў выкарыстання, часта з шалёнай хуткасцю.