Additiv produksjon, også kjent som 3D-printing, har fortsatt å utvikle seg i nesten 35 år siden den ble brukt kommersiellt. Luftfart, bilindustri, forsvar, energi, transport, medisin, tannlege og forbrukerindustrien bruker additiv produksjon til en rekke bruksområder.
Med en så utbredt bruk er det tydelig at additiv produksjon ikke er en universalløsning. I henhold til terminologistandarden ISO/ASTM 52900 faller nesten alle kommersielle additive produksjonssystemer inn under en av syv prosesskategorier. Disse inkluderer materialekstrudering (MEX), badfotopolymerisering (VPP), pulverlagsfusjon (PBF), bindemiddelsprøyting (BJT), materialsprøyting (MJT), rettet energiavsetning (DED) og arklaminering (SHL). Her er de sortert etter popularitet basert på enhetssalg.
Et økende antall bransjefolk, inkludert ingeniører og ledere, lærer når additiv produksjon kan bidra til å forbedre et produkt eller en prosess, og når den ikke kan det. Historisk sett har store initiativer for å implementere additiv produksjon kommet fra ingeniører med erfaring med teknologien. Ledelsen ser flere eksempler på hvordan additiv produksjon kan forbedre produktiviteten, redusere ledetider og skape nye forretningsmuligheter. Additiv produksjon vil ikke erstatte de fleste tradisjonelle produksjonsformer, men vil bli en del av gründerens arsenal av produktutviklings- og produksjonskapasiteter.
Additiv produksjon har et bredt spekter av bruksområder, fra mikrofluidikk til storskala konstruksjon. Fordelene med AM varierer etter bransje, bruksområde og nødvendig ytelse. Organisasjoner må ha gode grunner for å implementere AM, uavhengig av brukstilfelle. De vanligste er konseptuell modellering, designverifisering og verifisering av egnethet og funksjonalitet. Flere og flere selskaper bruker det til å lage verktøy og applikasjoner for masseproduksjon, inkludert tilpasset produktutvikling.
For luftfartsapplikasjoner er vekt en viktig faktor. Det koster omtrent 10 000 dollar å sette en nyttelast på 0,45 kg i bane rundt jorden, ifølge NASAs Marshall Space Flight Center. Å redusere vekten på satellitter kan spare på oppskytningskostnader. Det vedlagte bildet viser en Swissto12-metalldel av AM som kombinerer flere bølgeledere i én del. Med AM reduseres vekten til under 0,08 kg.
Additiv produksjon brukes gjennom hele verdikjeden i energibransjen. For noen selskaper er forretningsargumentet for å bruke AM å raskt iterere prosjekter for å lage det best mulige produktet på kortest mulig tid. I olje- og gassindustrien kan skadede deler eller sammenstillinger koste tusenvis av dollar eller mer i tapt produktivitet per time. Å bruke AM for å gjenopprette driften kan være spesielt attraktivt.
En stor produsent av DED-systemer, MX3D, har lansert et prototypeverktøy for rørreparasjon. En skadet rørledning kan koste mellom €100 000 og €1 000 000 ($113 157–$1 131 570) per dag, ifølge selskapet. Fiksturen som vises på neste side bruker en CNC-del som ramme og bruker DED til å sveise rørets omkrets. AM gir høye avsetningsrater med minimalt avfall, mens CNC gir den nødvendige presisjonen.
I 2021 ble et 3D-printet vannforingsrør installert på en TotalEnergies-oljerigg i Nordsjøen. Vannmantler er et kritisk element som brukes til å kontrollere hydrokarbonutvinning i brønner under bygging. I dette tilfellet er fordelene ved å bruke additiv produksjon reduserte ledetider og reduserte utslipp med 45 % sammenlignet med tradisjonelle smidde vannmantler.
Et annet forretningsargument for additiv produksjon er reduksjon av dyrt verktøy. Phone Scope har utviklet digiscoping-adaptere for enheter som kobler telefonens kamera til et teleskop eller mikroskop. Nye telefoner lanseres hvert år, noe som krever at selskaper lanserer en ny serie med adaptere. Ved å bruke additiv produksjon kan et selskap spare penger på dyre verktøy som må byttes ut når nye telefoner lanseres.
Som med enhver prosess eller teknologi, bør additiv produksjon ikke brukes, da det anses som nytt eller annerledes. Dette er for å forbedre produktutvikling og/eller produksjonsprosesser. Det skal tilføre verdi. Eksempler på andre forretningsmodeller inkluderer tilpassede produkter og massetilpasning, kompleks funksjonalitet, integrerte deler, mindre materiale og vekt, og forbedret ytelse.
For at AM skal realisere sitt vekstpotensial, må utfordringene tas tak i. For de fleste produksjonsapplikasjoner må prosessen være pålitelig og reproduserbar. De påfølgende metodene for å automatisere fjerning av materiale fra deler og støtter samt etterbehandling vil hjelpe. Automatisering øker også produktiviteten og reduserer kostnaden per del.
Et av områdene av størst interesse er automatisering av etterbehandling, som pulverfjerning og etterbehandling. Ved å automatisere masseproduksjonen av applikasjoner kan den samme teknologien gjentas tusenvis av ganger. Problemet er at spesifikke automatiseringsmetoder kan variere etter deltype, størrelse, materiale og prosess. For eksempel er etterbehandlingen av automatiserte tannkroner svært forskjellig fra behandlingen av rakettmotordeler, selv om begge kan være laget av metall.
Fordi deler er optimalisert for AM, legges det ofte til mer avanserte funksjoner og interne kanaler. For PBF er hovedmålet å fjerne 100 % av pulveret. Solukon produserer automatiske pulverfjerningssystemer. Selskapet har utviklet en teknologi kalt Smart Powder Recovery (SRP) som roterer og vibrerer metalldeler som fortsatt er festet til byggeplaten. Rotasjon og vibrasjon styres av CAD-modellen av delen. Ved å bevege og riste delene presist, flyter det oppfangede pulveret nesten som en væske. Denne automatiseringen reduserer manuelt arbeid og kan forbedre påliteligheten og reproduserbarheten av pulverfjerningen.
Problemene og begrensningene ved manuell pulverfjerning kan begrense levedyktigheten ved å bruke AM til masseproduksjon, selv i små mengder. Solukons systemer for fjerning av metallpulver kan operere i en inert atmosfære og samle ubrukt pulver for gjenbruk i AM-maskiner. Solukon gjennomførte en kundeundersøkelse og publiserte en studie i desember 2021 som viste at de to største bekymringene er arbeidsmiljø og reproduserbarhet.
Manuell fjerning av pulver fra PBF-harpiksstrukturer kan være tidkrevende. Selskaper som DyeMansion og PostProcess Technologies bygger etterbehandlingssystemer for automatisk fjerning av pulver. Mange additive produksjonsdeler kan lastes inn i et system som inverterer og kaster ut mediet for å fjerne overflødig pulver. HP har sitt eget system som sies å fjerne pulver fra Jet Fusion 5200s byggekammer på 20 minutter. Systemet lagrer usmeltet pulver i en separat beholder for gjenbruk eller resirkulering til andre bruksområder.
Bedrifter kan dra nytte av automatisering hvis det kan brukes på de fleste etterbehandlingstrinnene. DyeMansion tilbyr systemer for pulverfjerning, overflatebehandling og lakkering. PowerFuse S-systemet laster inn delene, damper de glatte delene og tømmer dem. Selskapet tilbyr et stativ i rustfritt stål for oppheng av deler, noe som gjøres for hånd. PowerFuse S-systemet kan produsere en overflate som ligner på en sprøytestøpeform.
Den største utfordringen bransjen står overfor er å forstå de reelle mulighetene som automatisering har å tilby. Hvis en million polymerdeler må produseres, kan tradisjonelle støpe- eller formingsprosesser være den beste løsningen, selv om dette avhenger av delen. AM er ofte tilgjengelig for første produksjonsrunde i verktøyproduksjon og testing. Gjennom automatisert etterbehandling kan tusenvis av deler produseres pålitelig og reproduserbart ved hjelp av AM, men det er delspesifikt og kan kreve en tilpasset løsning.
AM har ingenting med industri å gjøre. Mange organisasjoner presenterer interessante forsknings- og utviklingsresultater som kan føre til at produkter og tjenester fungerer som de skal. Innen luftfartsindustrien produserer Relativity Space et av de største systemene for additiv produksjon av metall ved hjelp av proprietær DED-teknologi, som selskapet håper vil bli brukt til å produsere de fleste av rakettene deres. Terran 1-raketten deres kan levere en nyttelast på 1250 kg til lav jordbane. Relativity planlegger å skyte opp en testrakett i midten av 2022 og planlegger allerede en større, gjenbrukbar rakett kalt Terran R.
Relativity Spaces Terran 1- og R-raketter er en innovativ måte å gjenskape hvordan fremtidens romfart kan se ut. Design og optimalisering for additiv produksjon vekket interesse for denne utviklingen. Selskapet hevder at denne metoden reduserer antall deler med 100 ganger sammenlignet med tradisjonelle raketter. Selskapet hevder også at de kan produsere raketter fra råvarer innen 60 dager. Dette er et godt eksempel på å kombinere mange deler til én og forenkle forsyningskjeden betraktelig.
I tannlegeindustrien brukes additiv produksjon til å lage kroner, broer, kirurgiske boremaler, delproteser og skinner. Align Technology og SmileDirectClub bruker 3D-printing for å produsere deler til termoforming av klare plastskinn. Align Technology, produsent av Invisalign-merkede produkter, bruker mange av fotopolymerisasjonssystemene i 3D Systems-bad. I 2021 sa selskapet at de hadde behandlet over 10 millioner pasienter siden de fikk FDA-godkjenning i 1998. Hvis en typisk pasients behandling består av 10 skinner, noe som er et lavt estimat, har selskapet produsert 100 millioner eller flere AM-deler. FRP-deler er vanskelige å resirkulere fordi de er termoherdende. SmileDirectClub bruker HP Multi Jet Fusion (MJF)-systemet for å produsere termoplastdeler som kan resirkuleres til andre bruksområder.
Historisk sett har ikke VPP vært i stand til å produsere tynne, gjennomsiktige deler med styrkeegenskaper for bruk som kjeveortopedisk utstyr. I 2021 lanserte LuxCreo og Graphy en mulig løsning. Fra februar har Graphy FDA-godkjenning for direkte 3D-printing av tannlegeutstyr. Hvis du skriver dem ut direkte, anses hele prosessen som kortere, enklere og potensielt billigere.
En tidlig utvikling som fikk mye medieoppmerksomhet var bruken av 3D-printing for storskala byggeprosjekter, som for eksempel boliger. Ofte printes husets vegger ved ekstrudering. Alle andre deler av huset ble laget med tradisjonelle metoder og materialer, inkludert gulv, tak, trapper, dører, vinduer, hvitevarer, skap og benkeplater. 3D-printede vegger kan øke kostnadene for installasjon av strøm, belysning, rørleggerarbeid, kanaler og ventiler for oppvarming og klimaanlegg. Det er vanskeligere å fullføre interiøret og eksteriøret på en betongvegg enn med en tradisjonell veggdesign. Å modernisere et hjem med 3D-printede vegger er også en viktig faktor.
Forskere ved Oak Ridge National Laboratory studerer hvordan man lagrer energi i 3D-printede vegger. Ved å sette inn rør i veggen under byggingen, kan vann strømme gjennom den for oppvarming og kjøling. Dette FoU-prosjektet er interessant og innovativt, men det er fortsatt i en tidlig utviklingsfase. Dette FoU-prosjektet er interessant og innovativt, men det er fortsatt i en tidlig utviklingsfase.Dette forskningsprosjektet er interessant og innovativt, men det er fortsatt i en tidlig fase av utviklingen.Dette forskningsprosjektet er interessant og innovativt, men fortsatt i en tidlig utviklingsfase.
De fleste av oss er ennå ikke kjent med økonomien bak 3D-printing av bygningsdeler eller andre store gjenstander. Teknologien har blitt brukt til å produsere noen broer, markiser, parkbenker og dekorative elementer for bygninger og utemiljøet. Det antas at fordelene med additiv produksjon i liten skala (fra noen få centimeter til flere meter) gjelder for storskala 3D-printing. De viktigste fordelene med å bruke additiv produksjon inkluderer å lage komplekse former og funksjoner, redusere antall deler, redusere materiale og vekt, og øke produktiviteten. Hvis additiv produksjon ikke tilfører verdi, bør nytten av den stilles spørsmål ved.
I oktober 2021 kjøpte Stratasys de resterende 55 % av aksjene i Xaar 3D, et datterselskap av den britiske produsenten av industrielle blekkskrivere, Xaar. Stratasys' polymer PBF-teknologi, kalt Selective Absorbion Fusion, er basert på Xaar-blekkskriverhoder. Stratasys H350-maskinen konkurrerer med HP MJF-systemet.
Det var imponerende å kjøpe Desktop Metal. I februar 2021 kjøpte selskapet Envisiontec, en veletablert produsent av industrielle additive produksjonssystemer. I mai 2021 kjøpte selskapet Adaptive3D, en utvikler av fleksible VPP-polymerer. I juli 2021 kjøpte Desktop Metal Aerosint, en utvikler av prosesser for overmaling av pulverlakkering for flere materialer. Det største oppkjøpet kom i august da Desktop Metal kjøpte konkurrenten ExOne for 575 millioner dollar.
Oppkjøpet av ExOne av Desktop Metal bringer sammen to anerkjente produsenter av BJT-systemer i metall. Generelt har teknologien ennå ikke nådd det nivået mange tror. Selskaper fortsetter å ta tak i problemer som repeterbarhet, pålitelighet og forståelse av den underliggende årsaken til problemer når de oppstår. Selv om problemene løses, er det fortsatt rom for at teknologien kan nå større markeder. I juli 2021 sa 3DEO, en tjenesteleverandør som bruker et proprietært 3D-utskriftssystem, at de hadde levert en millionte til kunder.
Programvare- og skyplattformutviklere har sett betydelig vekst i additiv produksjonsindustri. Dette gjelder spesielt for ytelsesstyringssystemer (MES) som sporer AM-verdikjeden. 3D Systems gikk med på å kjøpe Oqton i september 2021 for 180 millioner dollar. Oqton ble grunnlagt i 2017 og tilbyr skybaserte løsninger for å forbedre arbeidsflyt og effektivitet innen AM. Materialize kjøpte Link3D i november 2021 for 33,5 millioner dollar. I likhet med Oqton sporer Link3Ds skyplattform arbeid og forenkler AM-arbeidsflyten.
Et av de siste oppkjøpene i 2021 er ASTM Internationals oppkjøp av Wohlers Associates. Sammen jobber de for å utnytte Wohlers-merkevaren for å støtte en bredere adopsjon av AM over hele verden. Gjennom ASTM AM Center of Excellence vil Wohlers Associates fortsette å produsere Wohlers-rapporter og andre publikasjoner, samt tilby rådgivningstjenester, markedsanalyser og opplæring.
Den additive produksjonsindustrien har modnet, og mange bransjer bruker teknologien til et bredt spekter av bruksområder. Men 3D-printing vil ikke erstatte de fleste andre produksjonsformer. I stedet brukes den til å lage nye typer produkter og forretningsmodeller. Organisasjoner bruker additiv produksjon til å redusere vekten på deler, redusere ledetider og verktøykostnader, og forbedre produktpersonalisering og ytelse. Den additive produksjonsindustrien forventes å fortsette sin vekstbane med nye selskaper, produkter, tjenester, applikasjoner og brukstilfeller som dukker opp, ofte i et halsbrekkende tempo.