Адитивна производња, позната и као 3Д штампање, континуирано се развија скоро 35 година од своје комерцијалне употребе. Аерокосмичка, аутомобилска, одбрамбена, енергетска, транспортна, медицинска, стоматолошка и потрошачка индустрија користе адитивну производњу за широк спектар примена.
Са тако широко распрострањеном применом, јасно је да адитивна производња није универзално решење. Према терминолошком стандарду ISO/ASTM 52900, скоро сви комерцијални системи адитивне производње спадају у једну од седам категорија процеса. То укључује екструзију материјала (MEX), фотополимеризацију у кади (VPP), фузију у слоју праха (PBF), прскање везива (BJT), прскање материјала (MJT), усмерено наношење енергије (DED) и ламинацију лимова (SHL). Овде су сортирани по популарности на основу продаје јединица.
Све већи број стручњака из индустрије, укључујући инжењере и менаџере, учи када адитивна производња може помоћи у побољшању производа или процеса, а када не. Историјски гледано, главне иницијативе за имплементацију адитивне производње дошле су од инжењера који имају искуства са овом технологијом. Менаџмент види више примера како адитивна производња може побољшати продуктивност, смањити време испоруке и створити нове пословне могућности. Адитивна производња неће заменити већину традиционалних облика производње, али ће постати део арсенала предузетника за развој производа и производне капацитете.
Адитивна производња има широк спектар примене, од микрофлуидике до грађевинарства великих размера. Предности адитивне производње варирају у зависности од индустрије, примене и потребних перформанси. Организације морају имати добре разлоге за имплементацију адитивне производње, без обзира на случај употребе. Најчешћи су концептуално моделирање, верификација дизајна и верификација подобности и функционалности. Све више компанија је користи за креирање алата и апликација за масовну производњу, укључујући развој производа по мери.
За ваздухопловне примене, тежина је главни фактор. Према подацима НАСА-иног Центра за свемирске летове Маршал, стављање терета од 0,45 кг у Земљину орбиту кошта око 10.000 долара. Смањење тежине сателита може уштедети на трошковима лансирања. Приложена слика приказује метални део Swissto12 за AM технологију који комбинује неколико таласовода у један део. Са AM технологијом, тежина је смањена на мање од 0,08 кг.
Адитивна производња се користи у целом ланцу вредности у енергетској индустрији. За неке компаније, пословни разлог за коришћење адитивне производње је брзо понављање пројеката како би се створио најбољи могући производ у најкраћем могућем року. У нафтној и гасној индустрији, оштећени делови или склопови могу коштати хиљаде долара или више због изгубљене продуктивности по сату. Коришћење адитивне производње за обнављање пословања може бити посебно атрактивно.
Велики произвођач DED система, MX3D, објавио је прототип алата за поправку цеви. Оштећени цевовод може коштати између 100.000 и 1.000.000 евра (113.157-1.131.570 долара) дневно, према подацима компаније. Прибор приказан на следећој страници користи CNC део као оквир и користи DED за заваривање обода цеви. AM обезбеђује високе брзине наношења уз минималан отпад, док CNC обезбеђује потребну прецизност.
Године 2021, 3Д штампана водоводна облога је инсталирана на нафтној платформи компаније TotalEnergies у Северном мору. Водени омотачи су кључни елемент који се користи за контролу искоришћавања угљоводоника у бушотинама у изградњи. У овом случају, предности коришћења адитивне производње су смањено време израде и смањење емисија за 45% у поређењу са традиционалним кованим водоводним омотачима.
Још један пословни случај за адитивну производњу је смањење скупих алата. Компанија Phone Scope је развила адаптере за дигископирање за уређаје који повезују камеру вашег телефона са телескопом или микроскопом. Нови телефони се издају сваке године, што захтева од компанија да издају нову линију адаптера. Коришћењем адитивне производње, компанија може уштедети новац на скупим алатима које је потребно заменити када се издају нови телефони.
Као и код било ког процеса или технологије, адитивна производња не би требало да се користи јер се сматра новом или другачијом. Ово служи за побољшање развоја производа и/или производних процеса. Требало би да дода вредност. Примери других пословних случајева укључују прилагођене производе и масовно прилагођавање, сложену функционалност, интегрисане делове, мање материјала и тежине и побољшане перформансе.
Да би AM остварио свој потенцијал раста, потребно је решити изазове. За већину производних примена, процес мора бити поуздан и репродуцибилан. Накнадне методе аутоматизације уклањања материјала са делова и носача и накнадне обраде ће помоћи. Аутоматизација такође повећава продуктивност и смањује трошкове по делу.
Једно од подручја од највећег интереса је аутоматизација постпродукције, као што је уклањање праха и завршна обрада. Аутоматизацијом процеса масовне производње апликација, иста технологија се може поновити хиљадама пута. Проблем је што се специфичне методе аутоматизације могу разликовати у зависности од типа дела, величине, материјала и процеса. На пример, постпродукција аутоматизованих зубних круница се веома разликује од обраде делова ракетног мотора, иако обе могу бити направљене од метала.
Пошто су делови оптимизовани за AM (адитивну производњу), често се додају напредније функције и унутрашњи канали. За PBF, главни циљ је уклањање 100% праха. Солукон производи аутоматске системе за уклањање праха. Компанија је развила технологију под називом Smart Powder Recovery (SRP) која ротира и вибрира металне делове који су још увек причвршћени за плочу за израду. Ротација и вибрације се контролишу CAD моделом дела. Прецизним померањем и тресењем делова, заробљени прах тече скоро као течност. Ова аутоматизација смањује ручни рад и може побољшати поузданост и поновљивост уклањања праха.
Проблеми и ограничења ручног уклањања праха могу ограничити одрживост коришћења AM за масовну производњу, чак и у малим количинама. Солуконови системи за уклањање металног праха могу радити у инертној атмосфери и сакупљати неискоришћени прах за поновну употребу у AM машинама. Солукон је спровео анкету међу купцима и објавио студију у децембру 2021. године која показује да су две највеће бриге здравље на раду и репродуктивност.
Ручно уклањање праха из PBF смолних структура може бити дуготрајно. Компаније као што су DyeMansion и PostProcess Technologies граде системе за постпроцесну обраду како би аутоматски уклонили прах. Многи делови адитивне производње могу се учитати у систем који инвертира и избацује медијум како би се уклонио вишак праха. HP има свој систем за који се каже да уклања прах из коморе за израду Jet Fusion 5200 за 20 минута. Систем складишти нерастопљени прах у посебном контејнеру за поновну употребу или рециклажу за друге примене.
Компаније могу имати користи од аутоматизације ако се може применити на већину корака накнадне обраде. DyeMansion нуди системе за уклањање праха, припрему површине и фарбање. PowerFuse S систем утоварује делове, паром третира глатке делове и истоварује их. Компанија обезбеђује сталак од нерђајућег челика за качење делова, што се ради ручно. PowerFuse S систем може произвести површину сличну калупу за бризгање.
Највећи изазов са којим се индустрија суочава јесте разумевање стварних могућности које аутоматизација нуди. Ако је потребно направити милион полимерних делова, традиционални процеси ливења или обликовања могу бити најбоље решење, иако то зависи од дела. Адитивна обрада (AM) је често доступна за прву производну серију у производњи и тестирању алата. Кроз аутоматизовану накнадну обраду, хиљаде делова могу се поуздано и репродуктивно произвести коришћењем AM-а, али је то специфично за део и може захтевати прилагођено решење.
Адитивна производња метала нема никакве везе са индустријом. Многе организације представљају занимљиве резултате истраживања и развоја који могу довести до правилног функционисања производа и услуга. У ваздухопловној индустрији, Relativity Space производи један од највећих система за адитивну производњу метала користећи сопствену DED технологију, за коју се компанија нада да ће се користити за производњу већине својих ракета. Њена ракета Terran 1 може да испоручи терет од 1.250 кг у ниску Земљину орбиту. Relativity планира да лансира пробну ракету средином 2022. године и већ планира већу, ракету за вишекратну употребу под називом Terran R.
Ракете Terran 1 и R компаније Relativity Space представљају иновативан начин да се поново замисли како би будући свемирски летови могли да изгледају. Дизајн и оптимизација за адитивну производњу изазвали су интересовање за овај развој. Компанија тврди да ова метода смањује број делова за 100 пута у поређењу са традиционалним ракетама. Компанија такође тврди да може да произведе ракете од сировина у року од 60 дана. Ово је одличан пример комбиновања многих делова у један и значајног поједностављивања ланца снабдевања.
У стоматолошкој индустрији, адитивна производња се користи за израду круница, мостова, хируршких шаблона за бушење, делимичних протеза и алайнера. Align Technology и SmileDirectClub користе 3Д штампање за производњу делова за термоформирање провидних пластичних алайнера. Align Technology, произвођач производа марке Invisalign, користи многе системе фотополимеризације у 3Д системима, кадама. Компанија је 2021. године саопштила да је лечила преко 10 милиона пацијената откако је добила одобрење ФДА 1998. године. Ако се типичан третман пацијента састоји од 10 алайнера, што је ниска процена, компанија је произвела 100 милиона или више АМ делова. FRP делове је тешко рециклирати јер су термореактивни. SmileDirectClub користи HP Multi Jet Fusion (MJF) систем за производњу термопластичних делова који се могу рециклирати за друге примене.
Историјски гледано, VPP није био у стању да производи танке, провидне делове са својствима чврстоће за употребу као ортодонтски апарати. Године 2021, LuxCreo и Graphy су објавили могуће решење. Од фебруара, Graphy има одобрење FDA за директно 3D штампање стоматолошких апарата. Ако их штампате директно, цео процес се сматра краћим, лакшим и потенцијално јефтинијим.
Рани развој који је привукао велику пажњу медија била је употреба 3Д штампања за грађевинске примене великих размера, као што је становање. Често се зидови куће штампају екструзијом. Сви остали делови куће направљени су коришћењем традиционалних метода и материјала, укључујући подове, плафоне, кровове, степенице, врата, прозоре, уређаје, ормариће и радне плоче. 3Д штампани зидови могу повећати трошкове инсталације струје, осветљења, водовода, канала и вентилационих отвора за грејање и климатизацију. Завршна обрада унутрашњег и спољашњег дела бетонског зида је тежа него код традиционалног дизајна зида. Модернизација куће 3Д штампаним зидовима је такође важно разматрање.
Истраживачи у Националној лабораторији Оук Риџ проучавају како складиштити енергију у 3Д штампаним зидовима. Уметањем цеви у зид током изградње, вода може да тече кроз њега ради грејања и хлађења. Овај истраживачко-развојни пројекат је занимљив и иновативан, али је још увек у раној фази развоја. Овај истраживачко-развојни пројекат је занимљив и иновативан, али је још увек у раној фази развоја.Овај истраживачки пројекат је занимљив и иновативан, али је још увек у раним фазама развоја.Овај истраживачки пројекат је занимљив и иновативан, али је још увек у раним фазама развоја.
Већина нас још увек није упозната са економијом 3Д штампања грађевинских делова или других великих објеката. Технологија је коришћена за производњу неких мостова, тенди, клупа за паркове и декоративних елемената за зграде и спољашње окружење. Верује се да се предности адитивне производње у малим размерама (од неколико центиметара до неколико метара) примењују и на 3Д штампање великих размера. Главне предности коришћења адитивне производње укључују стварање сложених облика и карактеристика, смањење броја делова, смањење материјала и тежине и повећање продуктивности. Ако адитивна производња не додаје вредност, требало би довести у питање њену корисност.
У октобру 2021. године, Стратасис је стекао преосталих 55% удела у компанији Xaar 3D, подружници британског произвођача индустријских инкџет штампача Xaar. Стратасисова полимерна PBF технологија, названа Selective Apsorbion Fusion Fusion, заснована је на Xaar главама за инкџет штампање. Машина Stratasys H350 конкурише HP MJF систему.
Куповина Десктоп Метала била је импресивна. У фебруару 2021. године, компанија је купила Envisiontec, дугогодишњег произвођача индустријских система за адитивну производњу. У мају 2021. године, компанија је купила Adaptive3D, произвођача флексибилних VPP полимера. У јулу 2021. године, Десктоп Метал је купио Aerosint, произвођача процеса поновног премазивања вишематеријалним прашкастим премазом. Највећа аквизиција догодила се у августу када је Десктоп Метал купио конкурента ExOne за 575 милиона долара.
Аквизиција компаније ExOne од стране компаније Desktop Metal спаја два реномирана произвођача металних BJT система. Генерално, технологија још увек није достигла ниво који многи верују. Компаније настављају да се баве питањима као што су поновљивост, поузданост и разумевање узрока проблема како се они јављају. Чак и тако, ако се проблеми реше, и даље постоји простор да технологија допре до већих тржишта. У јулу 2021. године, 3DEO, добављач услуга који користи сопствени систем 3D штампања, рекао је да је испоручио милионити примерак купцима.
Програмери софтвера и облачних платформи су забележили значајан раст у индустрији адитивне производње. Ово се посебно односи на системе за управљање учинком (MES) који прате ланац вредности адитивне производње. 3D Systems је пристао да купи Oqton у септембру 2021. за 180 милиона долара. Основан 2017. године, Oqton пружа решења заснована на облаку за побољшање тока рада и ефикасности адитивне производње. Materialize је купио Link3D у новембру 2021. за 33,5 милиона долара. Као и Oqton, облачна платформа Link3D прати рад и поједностављује ток рада адитивне производње.
Једна од најновијих аквизиција у 2021. години је аквизиција компаније Wohlers Associates од стране ASTM International. Заједно раде на искоришћавању бренда Wohlers како би подржали шире усвајање AM широм света. Кроз ASTM AM центар изврсности, Wohlers Associates ће наставити да израђује Wohlers извештаје и друге публикације, као и да пружа саветодавне услуге, анализу тржишта и обуку.
Индустрија адитивне производње је сазрела и многе индустрије користе ову технологију за широк спектар примена. Али 3Д штампање неће заменити већину других облика производње. Уместо тога, користи се за стварање нових врста производа и пословних модела. Организације користе адитивну производњу да би смањиле тежину делова, смањиле време испоруке и трошкове алата, и побољшале персонализацију и перформансе производа. Очекује се да ће индустрија адитивне производње наставити своју путању раста са појавом нових компанија, производа, услуга, апликација и случајева употребе, често вртоглавом брзином.