Tri područja koče industriju 10.6D ispisa od 3 milijardi dolara

Tvrtka za istraživanje tržišta SmarTech Analysis nedavno je objavila svoje podatke za industriju aditivne proizvodnje (AM). Utvrđeno je da je 2021. dosegao sektor 3D ispisa $ 10.6 milijardi u prihodu, isključujući prihode povezane s ugovorima o održavanju hardvera i opreme za naknadnu obradu. Tvrtka nadalje predviđa da se očekuje da će AM porasti na više od 50 milijardi dolara do 2030. godine.

Ovaj rast usko je povezan s trendom da će veliki proizvođači sve više koristiti tehnologiju za masovnu proizvodnju. Međutim, kako bi AM dosegao široku primjenu, morat će značajno napredovati u tri ključna i međusobno povezana područja: propusnost, tvornička integracija i kontrola kvalitete. Na sreću za industriju, sve su to također problemi koji se aktivno rješavaju.

Propusnost 3D ispisa

Zbog svojih korijena kao tehnologije izrade prototipa, 3D ispis nikada nije dizajniran s masovnom proizvodnjom na umu. Umjesto toga, njegova sposobnost stvaranja složenih oblika ograničena je na jednokratne dijelove ili proizvodnju u malim serijama. Iz tog razloga, tvrtke u industriji 3D ispisa rade na razvoju sustava koji mogu napraviti mnoge dijelove što je brže moguće, koncept poznat kao propusnost.

Među vodećima u tom pogledu je HP, koji je proveo godine istražujući tehnologiju prije nego što je konačno otkrio tehnologije sposobne za brzu proizvodnju i u plastici i u metalima. Div 2D ispisa svoju je stručnost u inkjet ispisnim glavama prenio na 3D ispis s tehnologijom nazvanom Multi Jet Fusion (MJF). MJF se već koristi za proizvodnju velikih serija polimernih dijelova za sve od naočale do botovi za namirnice.

Ovo je tek početak za tvrtku koja sada uvodi svoju Metal Jet tehnologiju. Oblik onoga što se zove "mlaziranje metalnog veziva", Metal Jet taloži tekuće vezivo na metalni prah, stvarajući komponentu koja se zatim mora sinterirati u peći. Veliki kupci poput Volkswagena ulažu u tehnologiju s planom masovne proizvodnje do 100,000 metalnih komponenti godišnje za vozila široke potrošnje.

Međutim, HP nije jedina tvrtka u ovom prostoru koji se brzo razvija. Široko razglašeni startup pod nazivom Desktop Metal radi na ubrzanju izbacivanja metalnih veziva. GE također radi na vlastitoj verziji tehnologije. Sveukupno, ove tvrtke uvode eru u kojoj se jeftini metalni prahovi mogu koristiti za 3D ispis velikog broja dijelova u jednom poslu, potencijalno mijenjajući strukturu troškova za metalni 3D ispis.

To znači da će preuzeti etablirane lidere u metalnom 3D ispisu, koji se obično oslanjaju na izbacivanje laserskih zraka velike snage na skupe metalne prahove. Ove tvrtke rade na povećanju propusnosti, također, dodavanjem do 12 lasera na njihove strojeve.

Tvornice 3D tiska

Iako je flota 3D pisača sposobna za proizvodnju u velikim količinama, to ne znači da će se nužno uklopiti u postojeću tvorničku operaciju. Velikim dijelom je to zbog činjenice da im nedostaje softver na razini masovne proizvodnje.

Sada se pojavila šačica startupa koja su preuzela izazov razvoja softvera specifičnog za AM za proizvodne izvedbene sustave (MES). Ovi alati omogućuju i upravljanje flotom 3D pisača i njihovo povezivanje s postojećim proizvodnim softverom tvrtke. Obično pomažu u cijelom tijeku rada od narudžbe do izrade. To znači citiranje i praćenje narudžbe, pripremu datoteke za ispis, praćenje zadataka ispisa i prikupljanje podataka, red čekanja na floti pisača, kontrolu kvalitete i otpremu.

MES softver nužno se povezuje s postojećim softverskim alatima tvrtke. To uključuje upravljanje životnim ciklusom proizvoda (PLM), planiranje resursa poduzeća (ERP) i opći IT softver. Dok PLM može uključivati ​​preferirani softver za 3D modeliranje tvrtke, ERP će se sastojati od svega, od programa za obračun plaća do alata za praćenje ukupnih financija.

MES platforme sada rade na preuzimanju cjelokupnog softvera s kojim proizvođač možda već radi i umetanju 3D ispisa u mješavinu. Međutim, oni se ne ograničavaju samo na AM. Mnogi MES programeri žele se povezati s drugom proizvodnom opremom, kao što su CNC strojevi. Zatim, uz pomoć strojnog učenja, cijeli se tijek rada može automatski poboljšati jer se podaci iz svake narudžbe i svaki strojni posao vraćaju u radni ciklus. Umjetna inteligencija značajno doprinosi mogućnostima MES softvera.

Kontrola kvalitete 3D ispisa

Možda najveća prepreka raširenom usvajanju AM je kontrola kvalitete. To je zato što je, s aditivom, svaki dio različit. Svaka točka na platformi za izradu može se malo razlikovati, a čak i najmanja varijacija u parametru ispisa može promijeniti mikrostrukturu tiskanog objekta.

Zauzvrat, objekt otisnut pod jednim kutom neće biti isti kao onaj otisnut pod drugim. A budući da se dijelovi izgrađuju sloj po sloj, teško je potvrditi unutarnje geometrije predmeta nakon što je ispis završen. Kao rezultat toga, jedini pravi način da se osigura kvaliteta tiskanog predmeta je CT skeniranje, obično skupa metoda za pregled mnoštva dijelova.

Srećom, ne samo da jesu noviji sustavi CT skeniranja s nižim cijenama koje dolaze na tržište, ali postoje i drugi alati koji se koriste kako bi se osigurala kvaliteta tiskanih dijelova. Među njima je i računalna simulacija. Tvrtke poput ANSYS-a razvile su softver koji može predvidjeti sve nedostatke koji se pojave tijekom procesa ispisa i nadoknaditi za njih. Hexagon ovo ide korak dalje predviđanje problema na mikroskopskoj razini.

U međuvremenu, tvrtke kao što su Sigma Labs i Additive Assurance stvorile su hardver za praćenje montažnih komora metalnih 3D pisača radi otkrivanja pogrešaka. Ovi alati će sve više omogućiti aktivnu povratnu informaciju kako bi strojevi mogli brzo ispraviti probleme tijekom procesa ispisa. Kada je povezana s MES softverom i simulacijom 3D ispisa, oprema može učiti iz prošlih pogrešaka i rješavati ih prije nego što se dogode u budućnosti.

Sveukupno, ova područja napreduju nevjerojatnom brzinom, velikim dijelom zato što proizvođači vide vrijednost u mogućnosti proizvodnje objekata iz digitalnih datoteka na zahtjev. Budući da velike tvrtke poput Forda, GE-a i Siemensa traže 3D ispis kako bi proizvele kvalitetne krajnje dijelove, one tjeraju cijelo tržište aditiva da se prilagodi njihovim potrebama. Kako bi dosegla ogromnih 50 milijardi dolara do kraja stoljeća, industrija 3D ispisa mora biti sposobna izraditi milijune dijelova za te kupce.