Адитивното производство, известно още като 3D печат, продължава да се развива вече близо 35 години от комерсиалното си приложение. Аерокосмическата, автомобилната, отбранителната, енергийната, транспортната, медицинската, стоматологичната и потребителската индустрии използват адитивно производство за широк спектър от приложения.
С такова широко разпространение е ясно, че адитивното производство не е универсално решение. Според терминологичния стандарт ISO/ASTM 52900, почти всички търговски системи за адитивно производство попадат в една от седемте категории процеси. Те включват екструдиране на материали (MEX), фотополимеризация във вана (VPP), сливане в прахово легло (PBF), пръскане на свързващо вещество (BJT), пръскане на материали (MJT), насочено отлагане на енергия (DED) и ламиниране на листове (SHL). Тук те са сортирани по популярност въз основа на продажбите на бройки.
Все по-голям брой професионалисти в индустрията, включително инженери и мениджъри, се учат кога адитивното производство може да помогне за подобряване на даден продукт или процес и кога не. В исторически план, основните инициативи за внедряване на адитивно производство са идвали от инженери с опит с технологията. Ръководството вижда повече примери за това как адитивното производство може да подобри производителността, да намали сроковете за изпълнение и да създаде нови бизнес възможности. Адитивното производство няма да замени повечето традиционни форми на производство, но ще стане част от арсенала на предприемача за разработване на продукти и производствени възможности.
Адитивното производство има широк спектър от приложения, от микрофлуидика до мащабно строителство. Ползите от адитивното производство варират в зависимост от индустрията, приложението и необходимата производителност. Организациите трябва да имат основателни причини за внедряването на адитивно производство, независимо от случая на употреба. Най-често срещаните са концептуално моделиране, проверка на дизайна и проверка на пригодността и функционалността. Все повече компании го използват за създаване на инструменти и приложения за масово производство, включително разработване на продукти по поръчка.
За аерокосмическите приложения теглото е основен фактор. Според Центъра за космически полети „Маршал“ на НАСА, извеждането на полезен товар от 0,45 кг в земна орбита струва около 10 000 долара. Намаляването на теглото на спътниците може да спести разходи за изстрелване. Приложеното изображение показва метална AM част Swissto12, която комбинира няколко вълновода в една част. С AM теглото е намалено до по-малко от 0,08 кг.
Адитивното производство се използва в цялата верига за създаване на стойност в енергийната индустрия. За някои компании бизнес казусът за използване на адитивно производство е бързото повторение на проекти за създаване на най-добрия възможен продукт за възможно най-кратко време. В нефтената и газовата промишленост повредените части или възли могат да струват хиляди долари или повече загубена производителност на час. Използването на адитивно производство за възстановяване на операциите може да бъде особено привлекателно.
MX3D, основен производител на DED системи, пусна прототип на инструмент за ремонт на тръби. Според компанията, повреден тръбопровод може да струва между 100 000 и 1 000 000 евро (113 157-1 131 570 долара) на ден. Приспособлението, показано на следващата страница, използва CNC детайл като рамка и използва DED за заваряване на обиколката на тръбата. AM осигурява високи скорости на наваряване с минимални отпадъци, докато CNC осигурява необходимата прецизност.
През 2021 г. на нефтена платформа на TotalEnergies в Северно море беше инсталирана 3D-принтирана водна обвивка. Водните ризи са критичен елемент, използван за контрол на добива на въглеводороди в кладенци в процес на изграждане. В този случай ползите от използването на адитивно производство са намалени срокове за изпълнение и намалени емисии с 45% в сравнение с традиционните ковани водни ризи.
Друг бизнес аргумент за адитивно производство е намаляването на скъпите инструменти. Phone Scope е разработила адаптери за дигископиране за устройства, които свързват камерата на телефона ви с телескоп или микроскоп. Всяка година се пускат нови телефони, което изисква от компаниите да пускат нова линия адаптери. Използвайки адитивно производство, компанията може да спести пари от скъпи инструменти, които трябва да бъдат подменени, когато се пуснат нови телефони.
Както при всеки процес или технология, адитивното производство не трябва да се използва, тъй като се счита за ново или различно. Това е с цел подобряване на разработването на продукти и/или производствените процеси. То трябва да добавя стойност. Примери за други бизнес сценарии включват персонализирани продукти и масова персонализация, сложна функционалност, интегрирани части, по-малко материал и тегло, както и подобрена производителност.
За да може адитивното производство (AM) да реализира своя потенциал за растеж, е необходимо да се справят с предизвикателствата. За повечето производствени приложения процесът трябва да бъде надежден и възпроизводим. Последващите методи за автоматизиране на отстраняването на материал от части и опори, както и последващата обработка, ще помогнат за това. Автоматизацията също така повишава производителността и намалява разходите за детайл.
Една от областите от най-голям интерес е автоматизацията на последващата обработка, като например отстраняване на прах и довършителни работи. Чрез автоматизиране на процеса на масово производство на приложения, една и съща технология може да се повтаря хиляди пъти. Проблемът е, че специфичните методи за автоматизация могат да варират в зависимост от вида на детайлите, размера, материала и процеса. Например, последващата обработка на автоматизирани зъбни коронки е много различна от обработката на части за ракетни двигатели, въпреки че и двете могат да бъдат изработени от метал.
Тъй като частите са оптимизирани за AM, често се добавят по-усъвършенствани функции и вътрешни канали. За PBF основната цел е да се отстрани 100% от праха. Solukon произвежда автоматични системи за отстраняване на прах. Компанията е разработила технология, наречена Smart Powder Recovery (SRP), която върти и вибрира металните части, които все още са прикрепени към конструиращата плоча. Ротацията и вибрациите се контролират от CAD модела на детайла. Чрез прецизно движение и разклащане на частите, уловеният прах тече почти като течност. Тази автоматизация намалява ръчния труд и може да подобри надеждността и възпроизводимостта на отстраняването на праха.
Проблемите и ограниченията на ръчното отстраняване на прах могат да ограничат жизнеспособността на използването на AM за масово производство, дори в малки количества. Системите за отстраняване на метален прах Solukon могат да работят в инертна атмосфера и да събират неизползван прах за повторна употреба в AM машини. Solukon проведе проучване сред клиентите и публикува проучване през декември 2021 г., показващо, че двете най-големи опасения са здравето при работа и възпроизводимостта.
Ръчното отстраняване на прах от PBF смолни структури може да отнеме много време. Компании като DyeMansion и PostProcess Technologies разработват системи за последваща обработка, които автоматично премахват праха. Много части за адитивно производство могат да бъдат заредени в система, която обръща и изхвърля средата, за да отстрани излишния прах. HP има собствена система, за която се твърди, че премахва праха от камерата за изработка на Jet Fusion 5200 за 20 минути. Системата съхранява неразтопения прах в отделен контейнер за повторна употреба или рециклиране за други приложения.
Компаниите могат да се възползват от автоматизацията, ако тя може да се приложи към повечето стъпки от последващата обработка. DyeMansion предлага системи за отстраняване на прах, подготовка на повърхността и боядисване. Системата PowerFuse S зарежда частите, обработва гладките части с пара и ги разтоварва. Компанията предоставя стелаж от неръждаема стомана за окачване на части, което се извършва ръчно. Системата PowerFuse S може да създаде повърхност, подобна на шприцформа.
Най-голямото предизвикателство пред индустрията е разбирането на реалните възможности, които автоматизацията предлага. Ако трябва да се произведат милион полимерни части, традиционните процеси на леене или формоване може да са най-доброто решение, въпреки че това зависи от детайла. Аддитивната обработка (AM) често е налична за първия производствен цикъл в производството и тестването на инструменти. Чрез автоматизирана последваща обработка хиляди части могат да бъдат произведени надеждно и възпроизводимо с помощта на AM, но тя е специфична за детайла и може да изисква персонализирано решение.
Адитивното производство (AM) няма нищо общо с индустрията. Много организации представят интересни резултати от изследвания и разработки, които могат да доведат до правилното функциониране на продукти и услуги. В аерокосмическата индустрия Relativity Space произвежда една от най-големите системи за адитивно производство на метали, използвайки патентована DED технология, която компанията се надява да бъде използвана за производството на по-голямата част от нейните ракети. Нейната ракета Terran 1 може да достави полезен товар от 1250 кг до ниска околоземна орбита. Relativity планира да изстреля тестова ракета в средата на 2022 г. и вече планира по-голяма ракета за многократна употреба, наречена Terran R.
Ракетите Terran 1 и R на Relativity Space са иновативен начин да се преосмислят бъдещите космически полети. Дизайнът и оптимизацията за адитивно производство предизвикаха интерес към това развитие. Компанията твърди, че този метод намалява броя на частите 100 пъти в сравнение с традиционните ракети. Компанията също така твърди, че може да произвежда ракети от суровини в рамките на 60 дни. Това е чудесен пример за комбиниране на много части в една и значително опростяване на веригата за доставки.
В денталната индустрия адитивно производство се използва за изработка на коронки, мостове, хирургически шаблони за пробиване, частични протези и алайнери. Align Technology и SmileDirectClub използват 3D печат, за да произвеждат части за термоформоване на прозрачни пластмасови алайнери. Align Technology, производител на продукти с марка Invisalign, използва много от фотополимеризационните системи във вани на 3D Systems. През 2021 г. компанията заяви, че е лекувала над 10 милиона пациенти, откакто е получила одобрение от FDA през 1998 г. Ако лечението на типичен пациент се състои от 10 алайнера, което е ниска оценка, компанията е произвела 100 милиона или повече AM части. FRP частите са трудни за рециклиране, защото са термореактивни. SmileDirectClub използва системата HP Multi Jet Fusion (MJF) за производство на термопластични части, които могат да бъдат рециклирани за други приложения.
В исторически план VPP не е успявала да произвежда тънки, прозрачни части със здрави свойства, които да се използват като ортодонтски апарати. През 2021 г. LuxCreo и Graphy представиха възможно решение. Към февруари Graphy има одобрение от FDA за директно 3D печатане на дентални апарати. Ако ги печатате директно, процесът от край до край се счита за по-кратък, по-лесен и потенциално по-евтин.
Ранно развитие, което получи много медийно внимание, беше използването на 3D печат за мащабни строителни приложения, като например жилищно строителство. Често стените на къщата се отпечатват чрез екструдиране. Всички останали части на къщата са направени с помощта на традиционни методи и материали, включително подове, тавани, покриви, стълби, врати, прозорци, уреди, шкафове и плотове. 3D отпечатаните стени могат да увеличат разходите за инсталиране на електричество, осветление, ВиК, въздуховоди и вентилационни отвори за отопление и климатизация. Довършването на интериора и екстериора на бетонна стена е по-трудно, отколкото при традиционен дизайн на стена. Модернизирането на дом с 3D отпечатани стени също е важно съображение.
Изследователи от Националната лаборатория Оук Ридж изучават как да съхраняват енергия в 3D-принтирани стени. Чрез вмъкване на тръби в стената по време на строителството, водата може да тече през нея за отопление и охлаждане. Този научноизследователски и развойно-развойен проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие. Този научноизследователски и развойно-развойен проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие.Този изследователски проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие.Този изследователски проект е интересен и иновативен, но все още е в ранен етап на развитие.
Повечето от нас все още не са запознати с икономиката на 3D печата на строителни части или други големи обекти. Технологията е използвана за производството на някои мостове, тенти, паркови пейки и декоративни елементи за сгради и външна среда. Смята се, че предимствата на адитивното производство в малки мащаби (от няколко сантиметра до няколко метра) се отнасят и за мащабното 3D печатане. Основните предимства от използването на адитивно производство включват създаването на сложни форми и характеристики, намаляване на броя на частите, намаляване на материалите и теглото и повишаване на производителността. Ако адитивно производство не добавя стойност, неговата полезност трябва да бъде поставена под въпрос.
През октомври 2021 г. Stratasys придоби оставащия 55% дял в Xaar 3D, дъщерно дружество на британския производител на индустриални мастиленоструйни принтери Xaar. Полимерната PBF технология на Stratasys, наречена Selective Absorbion Fusion, е базирана на мастиленоструйни печатащи глави Xaar. Машината Stratasys H350 се конкурира със системата HP MJF.
Купуването на Desktop Metal беше впечатляващо. През февруари 2021 г. компанията придоби Envisiontec, дългогодишен производител на индустриални системи за адитивно производство. През май 2021 г. компанията придоби Adaptive3D, разработчик на гъвкави VPP полимери. През юли 2021 г. Desktop Metal придоби Aerosint, разработчик на процеси за повторно покритие с многоматериални прахови покрития. Най-голямото придобиване дойде през август, когато Desktop Metal купи конкурента ExOne за 575 милиона долара.
Придобиването на ExOne от Desktop Metal обединява два известни производителя на метални BJT системи. Като цяло, технологията все още не е достигнала нивото, което мнозина смятат. Компаниите продължават да се занимават с проблеми като повторяемост, надеждност и разбиране на първопричината за проблемите, когато възникнат. Въпреки това, ако проблемите бъдат решени, все още има възможност технологията да достигне до по-големи пазари. През юли 2021 г. 3DEO, доставчик на услуги, използващ патентована система за 3D печат, заяви, че е доставил един милионен брой на клиентите си.
Разработчиците на софтуер и облачни платформи отбелязаха значителен растеж в индустрията за адитивно производство. Това е особено вярно за системите за управление на производителността (MES), които проследяват веригата на стойността на адитивното производство. 3D Systems се съгласи да придобие Oqton през септември 2021 г. за 180 милиона долара. Основана през 2017 г., Oqton предоставя облачни решения за подобряване на работния процес и повишаване на ефективността на адитивното производство. Materialize придоби Link3D през ноември 2021 г. за 33,5 милиона долара. Подобно на Oqton, облачната платформа на Link3D проследява работата и опростява работния процес на адитивно производство.
Едно от най-новите придобивания през 2021 г. е придобиването на Wohlers Associates от ASTM International. Заедно те работят за използване на марката Wohlers, за да подпомогнат по-широкото приемане на аддитивния процес в световен мащаб. Чрез Центъра за върхови постижения в областта на аддитивния процес на ASTM, Wohlers Associates ще продължи да изготвя доклади на Wohlers и други публикации, както и да предоставя консултантски услуги, пазарен анализ и обучение.
Индустрията за адитивно производство е узряла и много индустрии използват технологията за широк спектър от приложения. Но 3D печатът няма да замести повечето други форми на производство. Вместо това, той се използва за създаване на нови видове продукти и бизнес модели. Организациите използват адитивно производство, за да намалят теглото на частите, да съкратят времето за изпълнение и разходите за инструменти, както и да подобрят персонализацията и производителността на продуктите. Очаква се индустрията за адитивно производство да продължи своята траектория на растеж с появата на нови компании, продукти, услуги, приложения и случаи на употреба, често с главоломна скорост.