Aditivna proizvodnja, znana tudi kot 3D-tiskanje, se nenehno razvija že skoraj 35 let od svoje komercialne uporabe. Aditivna proizvodnja se uporablja v letalski, avtomobilski, obrambni, energetski, transportni, medicinski, zobozdravstveni in potrošniški industriji za širok spekter aplikacij.
S tako široko uporabo je jasno, da aditivna proizvodnja ni univerzalna rešitev. V skladu s terminološkim standardom ISO/ASTM 52900 skoraj vsi komercialni sistemi aditivne proizvodnje spadajo v eno od sedmih kategorij procesov. Te vključujejo ekstruzijo materiala (MEX), fotopolimerizacijo v kopeli (VPP), fuzijo v praškasti postelji (PBF), brizganje veziva (BJT), brizganje materiala (MJT), usmerjeno nanašanje energije (DED) in laminiranje plošč (SHL). Tukaj so razvrščeni po priljubljenosti glede na prodajo enot.
Vedno več strokovnjakov v industriji, vključno z inženirji in menedžerji, se uči, kdaj lahko aditivna proizvodnja pomaga izboljšati izdelek ali proces in kdaj ne. V preteklosti so glavne pobude za uvedbo aditivne proizvodnje prihajale od inženirjev, ki imajo izkušnje s to tehnologijo. Vodstvo vidi več primerov, kako lahko aditivna proizvodnja izboljša produktivnost, skrajša dobavne roke in ustvari nove poslovne priložnosti. Aditivna proizvodnja ne bo nadomestila večine tradicionalnih oblik proizvodnje, temveč bo postala del podjetnikovega arzenala razvoja izdelkov in proizvodnih zmogljivosti.
Aditivna proizvodnja ima širok spekter uporabe, od mikrofluidike do gradnje v velikem obsegu. Prednosti aditivne proizvodnje se razlikujejo glede na panogo, uporabo in zahtevano zmogljivost. Organizacije morajo imeti dobre razloge za uvedbo aditivne proizvodnje, ne glede na primer uporabe. Najpogostejši so konceptualno modeliranje, preverjanje zasnove ter preverjanje primernosti in funkcionalnosti. Vedno več podjetij jo uporablja za ustvarjanje orodij in aplikacij za množično proizvodnjo, vključno z razvojem izdelkov po meri.
Za vesoljske aplikacije je teža pomemben dejavnik. Po podatkih Nasinega centra za vesoljske polete Marshall stane postavitev 0,45 kg koristnega tovora v Zemljino orbito približno 10.000 dolarjev. Zmanjšanje teže satelitov lahko prihrani stroške izstrelitve. Priložena slika prikazuje kovinski del Swissto12 za aditivno proizvodnjo (AM), ki združuje več valovodov v en del. Z AM se teža zmanjša na manj kot 0,08 kg.
Aditivna proizvodnja se uporablja v celotni vrednostni verigi v energetski industriji. Za nekatera podjetja je poslovni argument za uporabo aditivne proizvodnje hitro ponavljanje projektov za ustvarjanje najboljšega možnega izdelka v najkrajšem možnem času. V naftni in plinski industriji lahko poškodovani deli ali sklopi stanejo na tisoče dolarjev ali več zaradi izgube produktivnosti na uro. Uporaba aditivne proizvodnje za obnovitev delovanja je lahko še posebej privlačna.
Veliki proizvajalec sistemov DED, MX3D, je izdal prototip orodja za popravilo cevi. Poškodovan cevovod lahko po navedbah podjetja stane med 100.000 in 1.000.000 EUR (113.157–1.131.570 USD) na dan. Naprava, prikazana na naslednji strani, uporablja CNC-del kot okvir in DED za varjenje oboda cevi. AM zagotavlja visoke stopnje nanašanja z minimalnimi odpadki, medtem ko CNC zagotavlja potrebno natančnost.
Leta 2021 je bil na naftni ploščadi TotalEnergies v Severnem morju nameščen 3D-natisnjen vodni plašč. Vodni plašči so ključni element, ki se uporablja za nadzor pridobivanja ogljikovodikov v vrtinah v gradnji. V tem primeru so prednosti uporabe aditivne proizvodnje krajši dobavni roki in zmanjšane emisije za 45 % v primerjavi s tradicionalnimi kovanimi vodnimi plašči.
Drug poslovni primer za aditivno proizvodnjo je zmanjšanje dragega orodja. Phone Scope je razvil adapterje za digiskopiranje za naprave, ki povezujejo kamero telefona s teleskopom ali mikroskopom. Vsako leto izidejo novi telefoni, zaradi česar morajo podjetja izdati novo linijo adapterjev. Z uporabo aditivne proizvodnje lahko podjetje prihrani denar pri dragih orodjih, ki jih je treba zamenjati, ko izidejo novi telefoni.
Kot pri katerem koli postopku ali tehnologiji se tudi aditivna proizvodnja ne sme uporabljati, saj velja za novo ali drugačno. Namenjena je izboljšanju razvoja izdelkov in/ali proizvodnih procesov. Dodati mora vrednost. Primeri drugih poslovnih primerov vključujejo izdelke po meri in množično prilagajanje, kompleksno funkcionalnost, integrirane dele, manjšo porabo materiala in teže ter izboljšano delovanje.
Da bi aditivni procesi uresničili svoj potencial rasti, se je treba spopasti z izzivi. Za večino proizvodnih aplikacij mora biti postopek zanesljiv in ponovljiv. K temu bodo pomagale nadaljnje metode avtomatizacije odstranjevanja materiala delov in nosilcev ter naknadne obdelave. Avtomatizacija prav tako poveča produktivnost in zmanjša stroške na del.
Eno od področij, ki vzbuja največ zanimanja, je avtomatizacija naknadne obdelave, kot sta odstranjevanje in dodelava prahu. Z avtomatizacijo procesa množične proizvodnje aplikacij se lahko ista tehnologija ponovi tisočkrat. Težava je v tem, da se lahko specifične metode avtomatizacije razlikujejo glede na vrsto dela, velikost, material in postopek. Na primer, naknadna obdelava avtomatiziranih zobnih kron se zelo razlikuje od obdelave delov raketnih motorjev, čeprav sta oba lahko izdelana iz kovine.
Ker so deli optimizirani za aditivni postopni proces (AM), se pogosto dodajo naprednejše funkcije in notranji kanali. Pri PBF je glavni cilj odstranitev 100 % prahu. Solukon proizvaja avtomatske sisteme za odstranjevanje prahu. Podjetje je razvilo tehnologijo, imenovano Smart Powder Recovery (SRP), ki vrti in vibrira kovinske dele, ki so še vedno pritrjeni na gradbeno ploščo. Vrtenje in vibracije nadzira CAD model dela. Z natančnim premikanjem in stresanjem delov zajeti prah teče skoraj kot tekočina. Ta avtomatizacija zmanjšuje ročno delo in lahko izboljša zanesljivost in ponovljivost odstranjevanja prahu.
Težave in omejitve ročnega odstranjevanja prahu lahko omejijo izvedljivost uporabe aditivne proizvodnje (AM) za masovno proizvodnjo, tudi v majhnih količinah. Sistemi za odstranjevanje kovinskega prahu Solukon lahko delujejo v inertni atmosferi in zbirajo neuporabljen prah za ponovno uporabo v strojih za aditivno proizvodnjo. Solukon je izvedel anketo med strankami in decembra 2021 objavil študijo, ki kaže, da sta dve največji skrbi zdravje pri delu in ponovljivost.
Ročno odstranjevanje prahu iz PBF smolnih struktur je lahko zamudno. Podjetja, kot sta DyeMansion in PostProcess Technologies, gradijo sisteme za naknadno obdelavo, ki samodejno odstranjevajo prah. Številne dele aditivne proizvodnje je mogoče naložiti v sistem, ki obrača in izvrže medij, da odstrani odvečni prah. HP ima svoj sistem, ki naj bi odstranil prah iz gradivne komore Jet Fusion 5200 v 20 minutah. Sistem shrani nestopljeni prah v ločeno posodo za ponovno uporabo ali recikliranje za druge aplikacije.
Podjetja lahko izkoristijo prednosti avtomatizacije, če jo je mogoče uporabiti za večino korakov naknadne obdelave. DyeMansion ponuja sisteme za odstranjevanje prahu, pripravo površin in barvanje. Sistem PowerFuse S nalaga dele, jih pari in razklada. Podjetje zagotavlja stojalo iz nerjavečega jekla za obešanje delov, kar se izvaja ročno. Sistem PowerFuse S lahko ustvari površino, podobno kot pri brizgalnem kalupu.
Največji izziv, s katerim se sooča industrija, je razumevanje resničnih priložnosti, ki jih ponuja avtomatizacija. Če je treba izdelati milijon polimernih delov, so tradicionalni postopki litja ali brizganja morda najboljša rešitev, čeprav je to odvisno od dela. AM je pogosto na voljo za prvo proizvodno serijo pri izdelavi in ​​testiranju orodij. Z avtomatizirano naknadno obdelavo je mogoče zanesljivo in ponovljivo izdelati na tisoče delov z uporabo AM, vendar je to specifično za posamezen del in lahko zahteva rešitev po meri.
Aditivna proizvodnja (AM) nima nobene zveze z industrijo. Številne organizacije predstavljajo zanimive rezultate raziskav in razvoja, ki lahko vodijo do pravilnega delovanja izdelkov in storitev. V letalski in vesoljski industriji Relativity Space proizvaja enega največjih sistemov za aditivno proizvodnjo kovin z uporabo lastniške tehnologije DED, za katero podjetje upa, da jo bo uporabilo za izdelavo večine svojih raket. Njihova raketa Terran 1 lahko v nizko Zemljino orbito dostavi 1250 kg koristnega tovora. Relativity načrtuje izstrelitev testne rakete sredi leta 2022 in že načrtuje večjo, večkrat uporabno raketo z imenom Terran R.
Raketi Terran 1 in R podjetja Relativity Space sta inovativen način za ponovno zamisel o tem, kako bi lahko izgledali prihodnji vesoljski poleti. Zanimanje za ta razvoj sta vzbudili zasnova in optimizacija za aditivno proizvodnjo. Podjetje trdi, da ta metoda zmanjša število delov za 100-krat v primerjavi s tradicionalnimi raketami. Podjetje trdi tudi, da lahko rakete iz surovin proizvede v 60 dneh. To je odličen primer združevanja številnih delov v enega in velike poenostavitve dobavne verige.
V zobozdravstveni industriji se aditivna proizvodnja uporablja za izdelavo kron, mostičkov, kirurških vrtalnih šablon, delnih protez in poravnalnikov zob. Align Technology in SmileDirectClub uporabljata 3D-tiskanje za izdelavo delov za termoformiranje prozornih plastičnih poravnalnikov zob. Align Technology, proizvajalec izdelkov blagovne znamke Invisalign, uporablja številne sisteme fotopolimerizacije v kadeh 3D Systems. Leta 2021 je podjetje sporočilo, da je od pridobitve odobritve FDA leta 1998 zdravilo več kot 10 milijonov pacientov. Če tipično zdravljenje pacienta sestavlja 10 poravnalnikov zob, kar je nizka ocena, je podjetje proizvedlo 100 milijonov ali več AM delov. FRP dele je težko reciklirati, ker so termoplastični. SmileDirectClub uporablja sistem HP Multi Jet Fusion (MJF) za izdelavo termoplastičnih delov, ki jih je mogoče reciklirati za druge aplikacije.
V preteklosti VPP ni bil sposoben izdelati tankih, prozornih delov s trdnostnimi lastnostmi za uporabo kot ortodontski aparati. Leta 2021 sta LuxCreo in Graphy predstavila možno rešitev. Februarja ima Graphy odobritev FDA za neposredno 3D-tiskanje zobnih aparatov. Če jih natisnete neposredno, velja, da je celoten postopek krajši, lažji in potencialno cenejši.
Zgodnji razvoj, ki je bil deležen veliko medijske pozornosti, je bila uporaba 3D-tiskanja za velike gradbene aplikacije, kot so stanovanja. Stene hiše so pogosto natisnjene z ekstruzijo. Vsi drugi deli hiše so bili izdelani z uporabo tradicionalnih metod in materialov, vključno s tlemi, stropi, strehami, stopnicami, vrati, okni, aparati, omaricami in pulti. Stene, natisnjene s 3D-tiskanjem, lahko povečajo stroške namestitve elektrike, razsvetljave, vodovoda, kanalov in prezračevalnih odprtin za ogrevanje in klimatizacijo. Dokončanje notranjosti in zunanjosti betonske stene je težje kot pri tradicionalni zasnovi sten. Pomemben dejavnik je tudi posodobitev doma s stenami, natisnjenimi s 3D-tiskanjem.
Raziskovalci v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge preučujejo, kako shraniti energijo v 3D-natisnjenih stenah. Z vstavitvijo cevi v steno med gradnjo lahko skoznjo teče voda za ogrevanje in hlajenje. Ta raziskovalno-razvojni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še v zgodnji fazi razvoja. Ta raziskovalno-razvojni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še v zgodnji fazi razvoja.Ta raziskovalni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še v zgodnji fazi razvoja.Ta raziskovalni projekt je zanimiv in inovativen, vendar je še v zgodnji fazi razvoja.
Večina nas še ni seznanjena z ekonomijo 3D-tiskanja gradbenih delov ali drugih velikih predmetov. Tehnologija je bila uporabljena za izdelavo nekaterih mostov, tend, parkovnih klopi in dekorativnih elementov za stavbe in zunanje okolje. Menijo, da prednosti aditivne proizvodnje v majhnih merilih (od nekaj centimetrov do nekaj metrov) veljajo tudi za 3D-tiskanje v velikem obsegu. Glavne prednosti uporabe aditivne proizvodnje vključujejo ustvarjanje kompleksnih oblik in značilnosti, zmanjšanje števila delov, zmanjšanje materiala in teže ter povečanje produktivnosti. Če aditivna proizvodnja ne doda vrednosti, je treba podvomiti o njeni uporabnosti.
Oktobra 2021 je Stratasys pridobil preostalih 55-odstotni delež v podjetju Xaar 3D, hčerinski družbi britanskega proizvajalca industrijskih brizgalnih tiskalnikov Xaar. Stratasysova tehnologija polimernih PBF, imenovana Selective Absorbion Fusion, temelji na tiskalnih glavah za brizgalne tiskalnike Xaar. Stroj Stratasys H350 konkurira sistemu HP MJF.
Nakup podjetja Desktop Metal je bil impresiven. Februarja 2021 je podjetje prevzelo Envisiontec, dolgoletnega proizvajalca industrijskih sistemov za aditivno proizvodnjo. Maja 2021 je podjetje prevzelo Adaptive3D, razvijalca fleksibilnih polimerov VPP. Julija 2021 je Desktop Metal prevzel Aerosint, razvijalca postopkov za ponovno nanašanje večmaterialnih prašnih premazov. Največji prevzem se je zgodil avgusta, ko je Desktop Metal za 575 milijonov dolarjev kupil konkurenta ExOne.
Prevzem podjetja ExOne s strani podjetja Desktop Metal združuje dva priznana proizvajalca kovinskih sistemov BJT. Na splošno tehnologija še ni dosegla ravni, za katero mnogi verjamejo. Podjetja še naprej obravnavajo vprašanja, kot so ponovljivost, zanesljivost in razumevanje temeljnih vzrokov težav, ko se pojavijo. Kljub temu, če se težave odpravijo, še vedno obstaja prostor, da tehnologija doseže večje trge. Julija 2021 je 3DEO, ponudnik storitev, ki uporablja lastniški sistem 3D-tiskanja, sporočil, da je strankam dobavil milijonti izdelek.
Razvijalci programske opreme in platform v oblaku so opazili znatno rast v industriji aditivne proizvodnje. To še posebej velja za sisteme za upravljanje učinkovitosti (MES), ki sledijo vrednostni verigi aditivne proizvodnje. Podjetje 3D Systems se je septembra 2021 za 180 milijonov dolarjev dogovorilo za prevzem podjetja Oqton. Podjetje Oqton, ustanovljeno leta 2017, ponuja rešitve v oblaku za izboljšanje poteka dela in učinkovitosti aditivne proizvodnje. Podjetje Materialize je novembra 2021 za 33,5 milijona dolarjev prevzelo podjetje Link3D. Tako kot Oqton tudi platforma v oblaku Link3D spremlja delo in poenostavlja potek dela aditivne proizvodnje.
Ena najnovejših pridobitev v letu 2021 je prevzem podjetja Wohlers Associates s strani podjetja ASTM International. Skupaj si prizadevajo izkoristiti blagovno znamko Wohlers za podporo širšemu sprejetju dodajalne proizvodnje po vsem svetu. Prek centra odličnosti ASTM AM bo Wohlers Associates še naprej pripravljal poročila Wohlers in druge publikacije ter zagotavljal svetovalne storitve, tržne analize in usposabljanja.
Industrija aditivne proizvodnje je dozorela in številne panoge uporabljajo to tehnologijo za širok spekter aplikacij. Vendar 3D-tiskanje ne bo nadomestilo večine drugih oblik proizvodnje. Namesto tega se uporablja za ustvarjanje novih vrst izdelkov in poslovnih modelov. Organizacije uporabljajo aditivno proizvodnjo za zmanjšanje teže delov, skrajšanje dobavnih rokov in stroškov orodij ter izboljšanje personalizacije in zmogljivosti izdelkov. Pričakuje se, da bo industrija aditivne proizvodnje nadaljevala svojo rast z novimi podjetji, izdelki, storitvami, aplikacijami in primeri uporabe, ki se pojavljajo pogosto z vrtoglavo hitrostjo.