Additiivinen valmistus, joka tunnetaan myös nimellä 3D-tulostus, on jatkanut kehitystä lähes 35 vuoden ajan kaupallisen käytön jälkeen.Ilmailu-, auto-, puolustus-, energia-, kuljetus-, lääke-, hammaslääke- ja kuluttajateollisuudessa käytetään lisäaineita moniin eri sovelluksiin.
Tällaisen laajan käyttöönoton myötä on selvää, että lisäainevalmistus ei ole yksikokoinen ratkaisu.ISO/ASTM 52900 -terminologiastandardin mukaan lähes kaikki kaupalliset lisäaineiden valmistusjärjestelmät kuuluvat johonkin seitsemästä prosessikategoriasta.Näitä ovat materiaalin ekstruusio (MEX), kylpyvalopolymerointi (VPP), jauhepetifuusio (PBF), sideaineruiskutus (BJT), materiaaliruiskutus (MJT), suunnattu energiapinnoitus (DED) ja levylaminointi (SHL).Täällä ne on lajiteltu suosion mukaan yksikkömyynnin perusteella.
Yhä useammat alan ammattilaiset, mukaan lukien insinöörit ja johtajat, oppivat, milloin additiivinen valmistus voi auttaa parantamaan tuotetta tai prosessia ja milloin ei.Historiallisesti suuret aloitteet lisäainevalmistuksen toteuttamiseksi ovat tulleet insinööreiltä, ​​joilla on kokemusta tekniikasta.Johto näkee enemmän esimerkkejä siitä, kuinka lisäainevalmistus voi parantaa tuottavuutta, lyhentää läpimenoaikoja ja luoda uusia liiketoimintamahdollisuuksia.AM ei korvaa useimpia perinteisiä valmistusmuotoja, vaan siitä tulee osa yrittäjän tuotekehitys- ja valmistuskyvyn arsenaalia.
Lisäainevalmistuksessa on laaja valikoima sovelluksia mikrofluidiikasta laajamittaiseen rakentamiseen.AM:n edut vaihtelevat toimialan, sovelluksen ja vaaditun suorituskyvyn mukaan.Organisaatioilla on oltava hyvät syyt ottaa AM käyttöön käyttötavasta riippumatta.Yleisimmät ovat käsitteellinen mallintaminen, suunnittelun verifiointi sekä soveltuvuuden ja toimivuuden todentaminen.Yhä useammat yritykset käyttävät sitä työkalujen ja sovellusten luomiseen massatuotantoon, mukaan lukien räätälöity tuotekehitys.
Ilmailusovelluksissa paino on tärkeä tekijä.NASAn Marshall Space Flight Centerin mukaan 0,45 kg:n hyötykuorman saattaminen Maan kiertoradalle maksaa noin 10 000 dollaria.Satelliittien painon vähentäminen voi säästää laukaisukustannuksia.Oheisessa kuvassa on Swissto12-metallinen AM-osa, joka yhdistää useita aaltoputkia yhdeksi osaksi.AM:n avulla paino on pudonnut alle 0,08 kg.
Additiivista valmistusta käytetään energiateollisuuden koko arvoketjussa.Joillekin yrityksille AM:n käyttötarkoitus on toistaa projekteja nopeasti parhaan mahdollisen tuotteen luomiseksi mahdollisimman lyhyessä ajassa.Öljy- ja kaasuteollisuudessa vaurioituneet osat tai kokoonpanot voivat maksaa tuhansia dollareita tai enemmän menetettynä tuottavuuden tunnissa.AM:n käyttö toimintojen palauttamiseen voi olla erityisen houkuttelevaa.
Suuri DED-järjestelmien valmistaja MX3D on julkaissut prototyypin putken korjaustyökalun.Vaurioitunut putkisto voi maksaa 100 000–1 000 000 euroa (113 157–1 131 570 dollaria) päivässä, yhtiön mukaan.Seuraavalla sivulla näkyvä kiinnike käyttää CNC-osaa kehyksenä ja käyttää DED:tä putken kehän hitsaukseen.AM tarjoaa korkeat pinnoitusnopeudet minimaalisella jätteellä, kun taas CNC tarjoaa tarvittavan tarkkuuden.
Vuonna 2021 Pohjanmerellä sijaitsevalle TotalEnergiesin öljynporauslautalle asennettiin 3D-tulostettu vesikotelo.Vesivaipat ovat kriittinen elementti, jota käytetään ohjaamaan hiilivetyjen talteenottoa rakenteilla olevissa kaivoissa.Tässä tapauksessa lisäainevalmistuksen hyödyt ovat lyhennetyt läpimenoajat ja pienemmät päästöt 45 % verrattuna perinteisiin taottuun vesivaippaan.
Toinen lisäainevalmistuksen liiketoimi on kalliiden työkalujen vähentäminen.Phone Scope on kehittänyt digiskooppisovittimet laitteille, jotka yhdistävät puhelimesi kameran teleskooppiin tai mikroskooppiin.Uusia puhelimia julkaistaan ​​joka vuosi, mikä vaatii yrityksiä julkaisemaan uuden sarjan sovittimia.AM:n avulla yritys voi säästää rahaa kalliissa työkaluissa, jotka on vaihdettava uusien puhelimien julkaisun yhteydessä.
Kuten minkään prosessin tai teknologian kohdalla, lisäainevalmistusta ei pidä käyttää, koska sitä pidetään uutena tai erilaisena.Tällä pyritään parantamaan tuotekehitystä ja/tai valmistusprosesseja.Sen pitäisi lisätä arvoa.Esimerkkejä muista liiketoimintatapauksista ovat räätälöidyt tuotteet ja massaräätälöinti, monimutkaiset toiminnot, integroidut osat, vähemmän materiaalia ja painoa sekä parempi suorituskyky.
Jotta AM voi toteuttaa kasvupotentiaalinsa, haasteisiin on vastattava.Useimmissa valmistussovelluksissa prosessin on oltava luotettava ja toistettava.Seuraavat menetelmät osien ja tukien materiaalin poiston ja jälkikäsittelyn automatisoimiseksi auttavat.Automaatio lisää myös tuottavuutta ja alentaa osakustannuksia.
Yksi kiinnostavimmista alueista on jälkikäsittelyautomaatio, kuten jauheen poisto ja viimeistely.Automatisoimalla sovellusten massatuotantoprosessi, sama tekniikka voidaan toistaa tuhansia kertoja.Ongelmana on, että tietyt automaatiomenetelmät voivat vaihdella osatyypin, koon, materiaalin ja prosessin mukaan.Esimerkiksi automatisoitujen hammaskruunujen jälkikäsittely eroaa hyvin paljon rakettimoottoreiden osien käsittelystä, vaikka molemmat voidaan valmistaa metallista.
Koska osat on optimoitu AM-käyttöön, usein lisätään edistyneempiä ominaisuuksia ja sisäisiä kanavia.PBF:n päätavoitteena on poistaa 100 % jauheesta.Solukon valmistaa automaattisia jauheenpoistojärjestelmiä.Yritys on kehittänyt teknologian nimeltä Smart Powder Recovery (SRP), joka pyörittää ja tärisee metalliosia, jotka ovat edelleen kiinni rakennuslevyssä.Pyörimistä ja tärinää ohjataan osan CAD-mallilla.Liikuttamalla ja ravistamalla osia tarkasti talteen otettu jauhe virtaa melkein kuin neste.Tämä automaatio vähentää manuaalista työtä ja voi parantaa jauheen poiston luotettavuutta ja toistettavuutta.
Manuaalisen jauheen poiston ongelmat ja rajoitukset voivat rajoittaa AM:n käyttöä massatuotannossa, jopa pieninä määrinä.Solukonin metallijauheen poistojärjestelmät voivat toimia inertissä ilmakehässä ja kerätä käyttämättömän jauheen uudelleenkäyttöä varten AM-koneissa.Solukon teki asiakaskyselyn ja julkaisi joulukuussa 2021 tutkimuksen, jonka mukaan kaksi suurinta huolenaihetta ovat työterveys ja uusittavuus.
Jauheen manuaalinen poistaminen PBF-hartsirakenteista voi olla aikaa vievää.Yritykset, kuten DyeMansion ja PostProcess Technologies, rakentavat jälkikäsittelyjärjestelmiä jauheen poistamiseksi automaattisesti.Monia lisäaineita sisältäviä valmistusosia voidaan ladata järjestelmään, joka kääntää ja poistaa väliaineen ylimääräisen jauheen poistamiseksi.HP:lla on oma järjestelmä, jonka sanotaan poistavan jauheen Jet Fusion 5200:n rakennuskammiosta 20 minuutissa.Järjestelmä varastoi sulamatonta jauhetta erilliseen säiliöön uudelleenkäyttöä tai kierrätystä varten muihin sovelluksiin.
Yritykset voivat hyötyä automaatiosta, jos sitä voidaan soveltaa useimpiin jälkikäsittelyvaiheisiin.DyeMansion tarjoaa järjestelmiä jauheen poistoon, pintakäsittelyyn ja maalaukseen.PowerFuse S -järjestelmä lataa osat, höyryttää sileät osat ja purkaa ne.Yritys tarjoaa ruostumattomasta teräksestä valmistettua telinettä osien ripustamiseen, joka tehdään käsin.PowerFuse S -järjestelmä voi tuottaa ruiskumuotin kaltaisen pinnan.
Alan suurin haaste on ymmärtää automaation todelliset mahdollisuudet.Jos on valmistettava miljoona polymeeriosaa, perinteiset valu- tai muovausprosessit voivat olla paras ratkaisu, vaikka tämä riippuu osasta.AM on usein saatavilla ensimmäiseen tuotantoajoon työkalutuotannossa ja testauksessa.Automatisoidun jälkikäsittelyn avulla AM:n avulla voidaan valmistaa luotettavasti ja toistettavasti tuhansia osia, mutta se on osakohtaista ja saattaa vaatia mukautetun ratkaisun.
AM:llä ei ole mitään tekemistä teollisuuden kanssa.Monet organisaatiot esittävät mielenkiintoisia tutkimus- ja kehitystuloksia, jotka voivat johtaa tuotteiden ja palveluiden moitteettomaan toimintaan.Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa Relativity Space valmistaa yhtä suurimmista metallilisäaineiden valmistusjärjestelmistä omalla DED-teknologialla, jota yhtiö toivoo käytettävän suurimman osan raketteistaan.Sen Terran 1 -raketti pystyy kuljettamaan 1 250 kg:n hyötykuorman matalalle Maan kiertoradalle.Relativity suunnittelee laukaisevansa testiraketin vuoden 2022 puolivälissä ja suunnittelee jo suurempaa, uudelleen käytettävää Terran R -rakettia.
Relativity Spacen Terran 1- ja R-raketit ovat innovatiivinen tapa kuvitella uudelleen, miltä tulevaisuuden avaruuslennot voivat näyttää.Lisäainevalmistuksen suunnittelu ja optimointi herättivät kiinnostusta tähän kehitykseen.Yhtiö väittää, että tämä menetelmä vähentää osien määrää 100 kertaa perinteisiin raketteihin verrattuna.Yhtiö väittää myös pystyvänsä valmistamaan raketteja raaka-aineista 60 päivässä.Tämä on loistava esimerkki useiden osien yhdistämisestä yhdeksi ja toimitusketjun yksinkertaistamiseksi.
Hammasteollisuudessa additiivista valmistusta käytetään kruunujen, siltojen, kirurgisten porausmallien, osittaisten proteesien ja linjauslaitteiden valmistukseen.Align Technology ja SmileDirectClub käyttävät 3D-tulostusta osien tuottamiseen läpinäkyvien muovisten kohdistuslaitteiden lämpömuovaukseen.Align Technology, Invisalign-merkkisten tuotteiden valmistaja, käyttää monia fotopolymerointijärjestelmiä 3D Systems -kylvyissä.Vuonna 2021 yritys kertoi hoitaneensa yli 10 miljoonaa potilasta sen jälkeen, kun se sai FDA:n hyväksynnän vuonna 1998. Jos tyypillisen potilaan hoito koostuu 10:stä kohdistamisesta, mikä on alhainen arvio, yritys on valmistanut 100 miljoonaa tai enemmän AM-osia.FRP-osia on vaikea kierrättää, koska ne ovat lämpökovettuvia.SmileDirectClub käyttää HP Multi Jet Fusion (MJF) -järjestelmää tuottaakseen kestomuoviosia, jotka voidaan kierrättää muihin sovelluksiin.
Historiallisesti VPP ei ole kyennyt valmistamaan ohuita, läpinäkyviä osia, joilla olisi lujuusominaisuuksia käytettäväksi oikomisvälineinä.Vuonna 2021 LuxCreo ja Graphy julkaisivat mahdollisen ratkaisun.Helmikuusta lähtien Graphylla on FDA:n hyväksyntä hammaslääketieteellisten laitteiden suoralle 3D-tulostukselle.Jos tulostat ne suoraan, päästä päähän -prosessia pidetään lyhyempänä, helpommin ja mahdollisesti halvempana.
Varhainen kehitys, joka sai paljon mediahuomiota, oli 3D-tulostuksen käyttö suuriin rakennussovelluksiin, kuten asumiseen.Usein talon seinät painetaan suulakepuristamalla.Kaikki muut talon osat valmistettiin perinteisin menetelmin ja materiaalein, mukaan lukien lattiat, katot, katot, portaat, ovet, ikkunat, kodinkoneet, kaapit ja työtasot.3D-tulostetut seinät voivat nostaa sähkön, valaistuksen, putkistojen, kanavien sekä lämmityksen ja ilmastoinnin tuuletusaukkojen asennuskustannuksia.Betoniseinän sisä- ja ulkopinnan viimeistely on vaikeampaa kuin perinteisellä seinäsuunnittelulla.Myös kodin modernisointi 3D-tulostetuilla seinillä on tärkeä näkökohta.
Oak Ridge National Laboratoryn tutkijat tutkivat energian varastoimista 3D-tulostettuihin seiniin.Työntämällä putket seinään rakentamisen aikana, vesi voi virrata sen läpi lämmittämään ja viilentämään. Tämä T&K-projekti on mielenkiintoinen ja innovatiivinen, mutta se on vielä kehitysvaiheessa. Tämä T&K-projekti on mielenkiintoinen ja innovatiivinen, mutta se on vielä kehitysvaiheessa.Tämä tutkimusprojekti on mielenkiintoinen ja innovatiivinen, mutta se on vielä kehitysvaiheessa.Tämä tutkimusprojekti on mielenkiintoinen ja innovatiivinen, mutta vielä kehitysvaiheessa.
Useimmat meistä eivät vielä tunne rakennusosien tai muiden suurten esineiden 3D-tulostuksen taloudellisuutta.Teknologialla on valmistettu joitakin siltoja, markiiseja, puistonpenkkejä sekä koriste-elementtejä rakennuksiin ja ulkoympäristöön.Uskotaan, että lisäainevalmistuksen edut pienissä mittakaavassa (muutamasta senttimetreistä useisiin metriin) pätevät suuressa mittakaavassa 3D-tulostukseen.Lisäainevalmistuksen käytön tärkeimpiä etuja ovat monimutkaisten muotojen ja ominaisuuksien luominen, osien lukumäärän vähentäminen, materiaalin ja painon vähentäminen sekä tuottavuuden lisääminen.Jos AM ei tuota lisäarvoa, sen hyödyllisyys on kyseenalaista.
Lokakuussa 2021 Stratasys osti loput 55 % Xaar 3D:stä, joka on brittiläisen teollisten mustesuihkutulostimia valmistavan Xaarin tytäryhtiö.Stratasysin polymeerinen PBF-tekniikka, nimeltään Selective Absorbion Fusion, perustuu Xaar-mustesuihkutulostuspäihin.Stratasys H350 -kone kilpailee HP MJF -järjestelmän kanssa.
Desktop Metalin ostaminen oli vaikuttavaa.Helmikuussa 2021 yhtiö osti Envisiontecin, joka on pitkäaikainen teollisten lisäaineiden valmistusjärjestelmiä valmistaja.Toukokuussa 2021 yhtiö osti Adaptive3D:n, joka on joustavien VPP-polymeerien kehittäjä.Heinäkuussa 2021 Desktop Metal osti Aerosintin, joka on monimateriaalien jauhemaalausprosessien kehittäjä.Suurin yritysosto tehtiin elokuussa, kun Desktop Metal osti kilpailija ExOnen 575 miljoonalla dollarilla.
Desktop Metalin ExOne-osto yhdistää kaksi tunnettua metallisten BJT-järjestelmien valmistajaa.Yleisesti ottaen tekniikka ei ole vielä saavuttanut sitä tasoa, jota monet uskovat.Yritykset jatkavat sellaisten kysymysten käsittelyä kuin toistettavuus, luotettavuus ja ongelmien perimmäisen syyn ymmärtäminen niiden ilmaantuessa.Siitä huolimatta, jos ongelmat saadaan ratkaistua, teknologialla on vielä tilaa päästä laajemmille markkinoille.Heinäkuussa 2021 omaa 3D-tulostusjärjestelmää käyttävä palveluntarjoaja 3DEO ilmoitti toimittaneensa miljoonasosan asiakkaille.
Ohjelmistojen ja pilvialustojen kehittäjät ovat nähneet merkittävää kasvua additiivinen valmistusteollisuudessa.Tämä pätee erityisesti suoritusjohtamisjärjestelmiin (MES), jotka seuraavat AM-arvoketjua.3D Systems sopi ostavansa Oqtonin syyskuussa 2021 180 miljoonalla dollarilla.Vuonna 2017 perustettu Oqton tarjoaa pilvipohjaisia ​​ratkaisuja työnkulun parantamiseen ja AM-tehokkuuden parantamiseen.Materialize osti Link3D:n marraskuussa 2021 33,5 miljoonalla dollarilla.Kuten Oqton, myös Link3D:n pilvialusta seuraa työtä ja yksinkertaistaa AM-työnkulkua.
Yksi viimeisimmistä yritysostoista vuonna 2021 on ASTM Internationalin Wohlers Associatesin osto.Yhdessä he työskentelevät hyödyntääkseen Wohlers-brändiä tukeakseen AM:n laajempaa käyttöönottoa maailmanlaajuisesti.ASTM AM -huippuosaamisen keskuksen kautta Wohlers Associates jatkaa Wohlersin raporttien ja muiden julkaisujen tuottamista sekä neuvontapalveluiden, markkina-analyysien ja koulutuksen tarjoamista.
Lisäaineita valmistava teollisuus on kypsynyt ja monet teollisuudenalat käyttävät teknologiaa monenlaisiin sovelluksiin.Mutta 3D-tulostus ei korvaa useimpia muita valmistustapoja.Sen sijaan sitä käytetään uudentyyppisten tuotteiden ja liiketoimintamallien luomiseen.Organisaatiot käyttävät AM:tä vähentääkseen osien painoa, lyhentääkseen läpimenoaikoja ja työkalukustannuksia sekä parantaakseen tuotteiden personointia ja suorituskykyä.Lisäaineita valmistavan teollisuuden odotetaan jatkavan kasvuaan uusien yritysten, tuotteiden, palveluiden, sovellusten ja käyttötapausten ilmaantuessa, usein huimaa vauhtia.