Aukefnisframleiðsla, einnig þekkt sem þrívíddarprentun, hefur haldið áfram að þróast í næstum 35 ár síðan hún var notuð í viðskiptalegum tilgangi. Flug- og geimferðaiðnaðurinn, bílaiðnaðurinn, varnarmálin, orkugeirinn, samgöngugeirinn, læknisfræðigeirinn, tannlæknaiðnaðurinn og neytendaiðnaðurinn notar aukefnisframleiðslu í fjölbreyttum tilgangi.
Með svo útbreiddri notkun er ljóst að aukefnaframleiðsla er ekki ein lausn sem hentar öllum. Samkvæmt ISO/ASTM 52900 hugtakastaðlinum falla nánast öll viðskiptaleg aukefnaframleiðslukerfi í einn af sjö ferlaflokkum. Þar á meðal eru efnisútdráttur (MEX), baðljósfjölliðun (VPP), duftlagssamruni (PBF), bindiefnisúðun (BJT), efnisúðun (MJT), orkuútfelling (DED) og plötulaminering (SHL). Hér eru þau flokkuð eftir vinsældum út frá einingasölu.
Fjöldi sérfræðinga í greininni, þar á meðal verkfræðingar og stjórnendur, er að læra hvenær viðbótarframleiðsla getur hjálpað til við að bæta vöru eða ferli og hvenær ekki. Sögulega séð hafa helstu frumkvæði að innleiðingu viðbótarframleiðslu komið frá verkfræðingum sem hafa reynslu af tækninni. Stjórnendur sjá fleiri dæmi um hvernig viðbótarframleiðsla getur aukið framleiðni, stytt afhendingartíma og skapað ný viðskiptatækifæri. Aukaframleiðsla mun ekki koma í stað flestra hefðbundinna framleiðsluforma, heldur mun verða hluti af vopnabúr frumkvöðla af vöruþróun og framleiðslugetu.
Aukefnisframleiðsla hefur fjölbreytt notkunarsvið, allt frá örflæðisfræði til stórfelldra byggingarframkvæmda. Ávinningurinn af aukefnisframleiðslu er breytilegur eftir atvinnugreinum, notkun og afköstum. Fyrirtæki verða að hafa góðar ástæður fyrir því að innleiða aukefnisframleiðslu, óháð notkunartilviki. Algengustu ástæðurnar eru hugmyndalíkön, hönnunarstaðfesting og sannprófun á hentugleika og virkni. Fleiri og fleiri fyrirtæki nota hana til að búa til verkfæri og forrit fyrir fjöldaframleiðslu, þar á meðal sérsniðna vöruþróun.
Í geimferðaiðnaði er þyngd mikilvægur þáttur. Samkvæmt Marshall Space Flight Center NASA kostar það um 10.000 dollara að koma 0,45 kg farmi á braut um jörðu. Með því að draga úr þyngd gervihnatta er hægt að spara kostnað við geimskot. Meðfylgjandi mynd sýnir Swissto12 málmhluta af gerðinni AM sem sameinar nokkra bylgjuleiðara í einn hluta. Með AM er þyngdin minnkuð niður í minna en 0,08 kg.
Aukefnisframleiðsla er notuð í allri virðiskeðjunni í orkugeiranum. Fyrir sum fyrirtæki er viðskiptaástæðan fyrir því að nota aukefnisframleiðslu að endurtaka verkefni hratt til að skapa bestu mögulegu vöru á sem skemmstum tíma. Í olíu- og gasgeiranum geta skemmdir á hlutum eða samsetningum kostað þúsundir dollara eða meira í framleiðnitapi á klukkustund. Að nota aukefnisframleiðslu til að endurheimta rekstur getur verið sérstaklega aðlaðandi.
Stór framleiðandi DED-kerfa, MX3D, hefur gefið út frumgerð af verkfæri til að gera við pípur. Skemmd pípa getur kostað á bilinu €100.000 til €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) á dag, samkvæmt fyrirtækinu. Festingin sem sýnd er á næstu síðu notar CNC-hluta sem ramma og notar DED til að suða ummál pípunnar. AM býður upp á mikla útfellingarhraða með lágmarks sóun, en CNC veitir nauðsynlega nákvæmni.
Árið 2021 var þrívíddarprentaður vatnshylki settur upp á olíuborpalli TotalEnergies í Norðursjó. Vatnsjakkar eru mikilvægur þáttur sem notaður er til að stjórna kolvetnisvinnslu í borholum í byggingu. Í þessu tilfelli eru kostirnir við að nota aukefnaframleiðslu styttri afhendingartími og 45% minni losun samanborið við hefðbundna smíðaða vatnshlífar.
Önnur viðskiptamöguleg rök fyrir aukefnisframleiðslu eru að draga úr notkun dýrra verkfæra. Phone Scope hefur þróað millistykki fyrir stafrænar sjónaukamælingar fyrir tæki sem tengja myndavél símans við sjónauka eða smásjá. Nýir símar koma út á hverju ári, sem krefst þess að fyrirtæki gefi út nýja línu af millistykki. Með því að nota aukefnisframleiðslu geta fyrirtæki sparað peninga í dýrum verkfærum sem þarf að skipta út þegar nýir símar koma út.
Eins og með allar aðferðir eða tækni ætti ekki að nota viðbótarframleiðslu þar sem hún telst ný eða öðruvísi. Þetta er gert til að bæta vöruþróun og/eða framleiðsluferli. Það ætti að skapa verðmæti. Dæmi um önnur viðskiptamöguleg verkefni eru sérsniðnar vörur og fjöldaframleiðsla, flókin virkni, samþættir hlutar, minna efni og þyngd og bætt afköst.
Til þess að framleiðsluferlið geti nýtt vaxtarmöguleika sína þarf að takast á við áskoranir. Fyrir flesta framleiðsluþætti verður ferlið að vera áreiðanlegt og endurtakanlegt. Aðferðirnar sem fylgja í kjölfarið eru sjálfvirkar við að fjarlægja efni úr hlutum og stuðningi og eftirvinnslu munu hjálpa. Sjálfvirkni eykur einnig framleiðni og lækkar kostnað á hlut.
Eitt af því sem vekur mestan áhuga er sjálfvirkni eftirvinnslu, svo sem duftfjarlæging og frágangur. Með því að sjálfvirknivæða fjöldaframleiðslu á ýmsum forritum er hægt að endurtaka sömu tækni þúsund sinnum. Vandamálið er að tilteknar sjálfvirkniaðferðir geta verið mismunandi eftir gerð hluta, stærð, efni og ferli. Til dæmis er eftirvinnsla á sjálfvirkum tannkrónum mjög frábrugðin vinnslu á eldflaugahreyflum, þó að báðar geti verið úr málmi.
Þar sem hlutar eru fínstilltir fyrir AM eru oft bætt við flóknari eiginleikum og innri rásum. Fyrir PBF er aðalmarkmiðið að fjarlægja 100% af duftinu. Solukon framleiðir sjálfvirk kerfi til að fjarlægja duft. Fyrirtækið hefur þróað tækni sem kallast Smart Powder Recovery (SRP) sem snýst og titrar málmhluti sem eru enn festir við byggingarplötuna. Snúningur og titringur eru stjórnaðir af CAD líkani hlutarins. Með því að færa og hrista hlutana nákvæmlega rennur duftið sem safnað er næstum eins og vökvi. Þessi sjálfvirkni dregur úr handavinnu og getur bætt áreiðanleika og endurtekningarhæfni duftfjarlægingar.
Vandamál og takmarkanir handvirkrar dufteyðingar geta takmarkað hagkvæmni þess að nota málmduft í fjöldaframleiðslu, jafnvel í litlu magni. Málmduftseyðingarkerfi Solukon geta starfað í óvirku andrúmslofti og safnað ónotuðu dufti til endurnotkunar í málmduftsvélum. Solukon framkvæmdi könnun meðal viðskiptavina og birti rannsókn í desember 2021 sem sýndi að tvær stærstu áhyggjuefnin eru vinnuvernd og endurtekningarhæfni.
Handvirk fjarlæging dufts úr PBF plastefnisbyggingum getur verið tímafrek. Fyrirtæki eins og DyeMansion og PostProcess Technologies eru að smíða eftirvinnslukerfi til að fjarlægja duft sjálfkrafa. Hægt er að hlaða mörgum hlutum úr viðbótarframleiðslu í kerfi sem snýr miðlinum við og kastar honum út til að fjarlægja umfram duft. HP hefur sitt eigið kerfi sem sagt er að fjarlægi duft úr smíðaklefa Jet Fusion 5200 á 20 mínútum. Kerfið geymir óbrætt duft í sérstöku íláti til endurnotkunar eða endurvinnslu fyrir önnur forrit.
Fyrirtæki geta notið góðs af sjálfvirkni ef hægt er að beita henni á flest eftirvinnslustig. DyeMansion býður upp á kerfi til að fjarlægja duft, undirbúa yfirborð og málun. PowerFuse S kerfið hleður hlutunum inn, gufuhreinsar slétta hlutina og losar þá. Fyrirtækið býður upp á rekki úr ryðfríu stáli til að hengja hluti upp, sem er gert í höndunum. PowerFuse S kerfið getur framleitt yfirborð svipað og sprautumót.
Stærsta áskorunin sem iðnaðurinn stendur frammi fyrir er að skilja þau raunverulegu tækifæri sem sjálfvirkni hefur upp á að bjóða. Ef framleiða þarf milljón fjölliðuhluta gætu hefðbundnar steypu- eða mótunaraðferðir verið besta lausnin, þó það fari eftir hlutanum. Sjálfvirk sjálfvirkni (AM) er oft í boði fyrir fyrstu framleiðslulotuna í verkfæraframleiðslu og prófunum. Með sjálfvirkri eftirvinnslu er hægt að framleiða þúsundir hluta áreiðanlega og endurtakanlega með sjálfvirkri sjálfvirkni, en hún er hlutasértæk og gæti þurft sérsniðna lausn.
Aukefnisframleiðslukerfi fyrir málma hefur ekkert með iðnaðinn að gera. Margar stofnanir kynna áhugaverðar niðurstöður rannsókna og þróunar sem geta leitt til réttrar virkni vara og þjónustu. Í geimferðaiðnaðinum framleiðir Relativity Space eitt stærsta kerfi fyrir aukefnisframleiðslu á málmi sem notar einkaleyfisvarða DED tækni, sem fyrirtækið vonast til að verði notað til að framleiða meirihluta eldflauga sinna. Terran 1 eldflaugin þeirra getur borið 1.250 kg farm á lága braut um jörðu. Relativity hyggst skjóta á loft tilraunaflaug um miðjan 2022 og er þegar að skipuleggja stærri, endurnýtanlega eldflaug sem kallast Terran R.
Terran 1 og R eldflaugar Relativity Space eru nýstárleg leið til að endurhugsa hvernig framtíðar geimferðir gætu litið út. Hönnun og hagræðing fyrir aukefnaframleiðslu vakti áhuga á þessari þróun. Fyrirtækið heldur því fram að þessi aðferð minnki fjölda hluta um 100 sinnum samanborið við hefðbundnar eldflaugar. Fyrirtækið heldur einnig því fram að það geti framleitt eldflaugar úr hráefnum á 60 dögum. Þetta er frábært dæmi um að sameina marga hluti í einn og einfalda framboðskeðjuna til muna.
Í tannlæknaiðnaðinum er aukefnaframleiðsla notuð til að búa til krónur, brýr, sniðmát fyrir skurðboranir, hlutagervitennur og skinnur. Align Technology og SmileDirectClub nota þrívíddarprentun til að framleiða hluti fyrir hitamótandi glærar plastskinnur. Align Technology, framleiðandi Invisalign-vara, notar mörg af ljósfjölliðunarkerfunum í 3D Systems böðum. Árið 2021 sagði fyrirtækið að það hefði meðhöndlað yfir 10 milljónir sjúklinga síðan það fékk samþykki FDA árið 1998. Ef meðferð dæmigerðs sjúklings samanstendur af 10 skinnum, sem er lágt mat, hefur fyrirtækið framleitt 100 milljónir eða fleiri AM-hluta. FRP-hlutar eru erfiðir í endurvinnslu þar sem þeir eru hitaherðir. SmileDirectClub notar HP Multi Jet Fusion (MJF) kerfið til að framleiða hitaplasthluta sem hægt er að endurvinna fyrir aðrar notkunarmöguleika.
Sögulega séð hefur VPP ekki getað framleitt þunna, gegnsæja hluti með styrkleikaeiginleikum til notkunar sem tannréttingartæki. Árið 2021 kynntu LuxCreo og Graphy mögulega lausn. Í febrúar hefur Graphy fengið samþykki FDA fyrir beinni þrívíddarprentun á tannréttingum. Ef þú prentar þau beint er ferlið talið styttra, auðveldara og hugsanlega ódýrara.
Þróun sem vakti mikla athygli fjölmiðla snemma á ferlinu var notkun þrívíddarprentunar fyrir stórfelldar byggingarframkvæmdir, svo sem í húsnæði. Oft eru veggir hússins prentaðir með útpressun. Allir aðrir hlutar hússins voru smíðaðir með hefðbundnum aðferðum og efnum, þar á meðal gólf, loft, þök, stigar, hurðir, gluggar, heimilistæki, skápar og borðplötur. Þrívíddarprentaðar veggir geta aukið kostnað við uppsetningu rafmagns, lýsingar, pípulagna, loftstokka og loftræstikerfis fyrir hitun og loftkælingu. Að frágangur steypuveggs að innan og utan er erfiðari en með hefðbundinni vegghönnun. Að nútímavæða heimili með þrívíddarprentaðri veggi er einnig mikilvægt atriði.
Rannsakendur við Oak Ridge National Laboratory eru að rannsaka hvernig hægt er að geyma orku í þrívíddarprentaðum veggjum. Með því að setja rör í vegginn á meðan á byggingu stendur getur vatn runnið í gegnum hann til upphitunar og kælingar. Þetta rannsóknar- og þróunarverkefni er áhugavert og nýstárlegt, en það er enn á frumstigi þróunar. Þetta rannsóknar- og þróunarverkefni er áhugavert og nýstárlegt, en það er enn á frumstigi þróunar.Þetta rannsóknarverkefni er áhugavert og nýstárlegt, en það er enn á frumstigi þróunar.Þetta rannsóknarverkefni er áhugavert og nýstárlegt, en enn á frumstigi þróunar.
Flestir okkar þekkja ekki enn hagfræðina við að þrívíddarprenta byggingarhluta eða aðra stóra hluti. Tæknin hefur verið notuð til að framleiða brýr, markísur, bekki í almenningsgarði og skreytingar fyrir byggingar og útivist. Talið er að kostir viðbótarframleiðslu í litlum mæli (frá nokkrum sentímetrum upp í nokkra metra) eigi við um stórfellda þrívíddarprentun. Helstu kostir þess að nota viðbótarframleiðslu eru meðal annars að búa til flókin form og eiginleika, fækkun hluta, minnkun efnis og þyngdar og aukin framleiðni. Ef viðbótarframleiðslu bætir ekki við verðmæti ætti að draga gagnsemi hennar í efa.
Í október 2021 keypti Stratasys eftirstandandi 55% hlut í Xaar 3D, dótturfélagi breska iðnaðarbleksprautuprentaraframleiðandans Xaar. Fjölliðu PBF tækni Stratasys, kölluð Selective Absorbion Fusion, byggir á Xaar bleksprautuprenthausum. Stratasys H350 vélin keppir við HP MJF kerfið.
Kaup á Desktop Metal voru áhrifamikil. Í febrúar 2021 keypti fyrirtækið Envisiontec, sem lengi hefur framleitt aukefnaframleiðslukerfi fyrir iðnað. Í maí 2021 keypti fyrirtækið Adaptive3D, sem þróar sveigjanlegar VPP fjölliður. Í júlí 2021 keypti Desktop Metal Aerosint, sem þróar fjölþættar duftmálunarferla fyrir endurhúðun. Stærsta yfirtökunin átti sér stað í ágúst þegar Desktop Metal keypti keppinautinn ExOne fyrir 575 milljónir dala.
Kaup Desktop Metal á ExOne sameina tvo þekkta framleiðendur BJT-kerfa úr málmi. Almennt séð hefur tæknin ekki enn náð því stigi sem margir halda. Fyrirtæki halda áfram að taka á málum eins og endurtekningarhæfni, áreiðanleika og skilningi á rót vandans þegar þau koma upp. Jafnvel þó, ef vandamálin eru leyst, er enn pláss fyrir tæknina til að ná til stærri markaða. Í júlí 2021 sagði 3DEO, þjónustuaðili sem notar sérhannað 3D prentkerfi, að hann hefði sent eina milljónustu til viðskiptavina.
Hugbúnaðar- og skýjapallþróunarfyrirtæki hafa séð mikinn vöxt í aukefnaframleiðsluiðnaðinum. Þetta á sérstaklega við um afkastastjórnunarkerfi (MES) sem fylgjast með virðiskeðju aukefnaframleiðslu (AM). 3D Systems samþykkti að kaupa Oqton í september 2021 fyrir 180 milljónir dala. Oqton, sem var stofnað árið 2017, býður upp á skýjabundnar lausnir til að bæta vinnuflæði og skilvirkni aukefnaframleiðslu. Materialize keypti Link3D í nóvember 2021 fyrir 33,5 milljónir dala. Líkt og Oqton fylgist skýjapallur Link3D með vinnu og einfaldar AM vinnuflæðið.
Ein af nýjustu yfirtökunum árið 2021 er yfirtöku ASTM International á Wohlers Associates. Saman vinna þau að því að nýta Wohlers vörumerkið til að styðja við víðtækari notkun AM um allan heim. Í gegnum ASTM AM Center of Excellence mun Wohlers Associates halda áfram að framleiða Wohlers skýrslur og aðrar útgáfur, auk þess að veita ráðgjafarþjónustu, markaðsgreiningar og þjálfun.
Aukefnisframleiðsluiðnaðurinn hefur þroskast og margar atvinnugreinar nota tæknina í fjölbreyttum tilgangi. En þrívíddarprentun mun ekki koma í stað flestra annarra framleiðsluforma. Þess í stað er hún notuð til að búa til nýjar gerðir af vörum og viðskiptamódelum. Fyrirtæki nota aukefnisframleiðslu til að draga úr þyngd hluta, stytta afhendingartíma og verkfærakostnað og bæta sérsniðna vöru og afköst. Gert er ráð fyrir að aukefnisframleiðsluiðnaðurinn muni halda áfram vexti sínum með nýjum fyrirtækjum, vörum, þjónustu, forritum og notkunartilvikum sem koma fram, oft á ógnarhraða.