Kolm valdkonda, mis hoiavad tagasi 10.6 miljardi dollari suurust 3D-printimise tööstust

Turu-uuringufirma SmarTech Analysis avaldas hiljuti oma andmed lisaainete tootmise (AM) tööstuse kohta. See tegi kindlaks, et 2021. aastal jõudis 3D-printimise sektor $ 10.6 miljardit tuludes, välja arvatud riistvara hoolduslepingute ja järeltöötlusseadmetega seotud tulud. Ettevõte prognoosib, et AM kasvab 50. aastaks üle 2030 miljardi dollari.

See kasv on tihedalt seotud suundumusega, et suurtootjad kasutavad tehnoloogiat üha enam masstootmiseks. Kuid selleks, et AM jõuaks laialdaselt kasutusele, peab see märkimisväärselt edasi liikuma kolmes olulises ja omavahel seotud valdkonnas: läbilaskevõime, tehase integreerimine ja kvaliteedikontroll. Tööstuse õnneks on need kõik ka probleemid, millega aktiivselt tegeldakse.

3D-printimise läbilaskevõime

Kuna 3D-printimine on prototüüpimistehnoloogia juured, ei loodud see kunagi masstootmist silmas pidades. Selle asemel on selle võime luua keerulisi kujundeid piirdunud ühekordsete osade või väikeste partiide tootmisega. Sel põhjusel on 3D-printimise tööstuse ettevõtted töötanud selle nimel, et välja töötada süsteeme, mis suudavad paljusid osi võimalikult kiiresti valmistada. Seda mõistet nimetatakse läbilaskevõimeks.

Selles osas on liidrite seas HP, kes uuris aastaid tehnoloogiat, enne kui lõpuks avalikustas tehnoloogiad, mis on võimelised kiiresti tootma nii plasti kui metalli. 2D-printimise hiiglane on oma teadmised tindiprinteri prindipeade vallas üle kandnud 3D-printimisele, kasutades tehnoloogiat nimega Multi Jet Fusion (MJF). MJF-i kasutatakse juba suurte polümeeride osade partiide tootmiseks kõige jaoks prillid et toidupoe robotid.

See on alles algus ettevõtte jaoks, mis võtab nüüd kasutusele oma Metal Jet tehnoloogia. Metallsideaine pihustamiseks nn Metal Jet sadestab vedela sideaine metallipulbrile, luues komponendi, mis tuleb seejärel ahjus paagutada. Nii suured kliendid nagu Volkswagen investeerivad tehnoloogiasse plaaniga kuni masstootmiseni 100,000 XNUMX metallkomponenti tarbesõidukite jaoks igal aastal.

HP pole aga ainus ettevõte selles kiiresti arenevas ruumis. Laialdaselt avalikustatud idufirma Desktop Metal töötab selle nimel, et kiirendada metalli sideaine pihustamist. Ka GE töötab tehnoloogia oma versiooni kallal. Kokkuvõttes juhatavad need ettevõtted sisse ajastu, mil odavate metallipulbrite abil saab ühe tööga suure hulga detaile 3D-printida, mis võib metallist 3D-printimise kulustruktuuri täielikult muuta.

See tähendab, et nad võtavad vastu väljakujunenud liidrid metallist 3D-printimise vallas, mis tavaliselt tuginevad suure võimsusega laserkiirte ja kallite metallipulbrite lõikamisele. Need ettevõtted töötavad ka läbilaskevõime suurendamise nimel, lisades kuni 12 laserit nende masinatele.

3D-printimise tehased

Kuigi 3D-printerite park võib olla võimeline tootma suures mahus, ei tähenda see, et need sobiksid tingimata olemasoleva tehase toiminguga. Suuresti on see tingitud sellest, et neil puudub masstootmise tasemel tarkvara.

Nüüd on tekkinud käputäis idufirmasid, kes võtavad vastu väljakutse töötada välja AM-spetsiifiline tarkvara tootmise täitmissüsteemide (MES) jaoks. Need tööriistad võimaldavad nii hallata 3D-printerite parki kui ka ühendada need ettevõtte olemasoleva tootmistarkvaraga. Tavaliselt aitavad need kaasa kogu tellimusest valmistamiseni töövoogu. See tähendab tellimuste pakkumist ja jälgimist, prindifailide ettevalmistamist, prinditöö jälgimist ja andmete kogumist, printeripargi järjekorda seadmist, kvaliteedikontrolli ja saatmist.

MES-tarkvara ühendub tingimata ettevõtte olemasolevate tarkvaratööriistadega. See hõlmab toote elutsükli haldust (PLM), ettevõtte ressursside planeerimist (ERP) ja üldist IT-tarkvara. Kuigi PLM võib sisaldada ettevõtte eelistatud 3D-modelleerimistarkvara, koosneb ERP kõigest alates palgaarvestusprogrammidest kuni kogu rahanduse jälgimise tööriistadeni.

MES-platvormid töötavad nüüd selle nimel, et võtta kasutusele kogu tarkvara, millega tootja võib juba töötada, ja lisada segusse 3D-printimine. Kuid nad ei piirdu ainult AM-iga. Paljud MES-i arendajad soovivad luua ühendust muude tootmisseadmetega, näiteks CNC-masinatega. Seejärel saab masinõppe abil kogu töövoogu automaatselt täiustada, kuna andmed igast tellimusest ja iga masinatöö liiguvad tagasi töötsüklisse. Tehisintellekt lisab oluliselt MES-i tarkvara võimalusi.

3D-printimise kvaliteedikontroll

Võimalik, et suurim takistus AM laialdasele kasutuselevõtule on kvaliteedikontroll. Seda seetõttu, et lisandiga on iga osa erinev. Koostamisplatvormi iga punkt võib olla veidi erinev ja isegi väikseim printimisparameetri kõikumine võib muuta prinditava objekti mikrostruktuuri.

Ühe nurga all prinditud objekt ei ole omakorda sama, mis teise nurga all trükitud objekt. Ja kuna osad koosnevad kihthaaval, on pärast printimise lõpetamist raske üksuse sisegeomeetriat kinnitada. Selle tulemusena on ainus õige viis prinditud objekti kvaliteedi tagamiseks CT-skaneerimine, mis on tavaliselt kulukas meetod paljude osade kontrollimiseks.

Õnneks mitte ainult ei ole uuemad CT-skaneerimise süsteemid turule tulevad madalamad hinnasildid, kuid trükitud osade kvaliteedi tagamiseks kasutatakse ka teisi tööriistu. Nende hulgas on arvutisimulatsioon. Sellised ettevõtted nagu ANSYS on välja töötanud tarkvara, mis suudab ennetada kõiki printimisprotsessi käigus tekkivaid defekte ja kompenseerima neile. Kuusnurk astub sellest sammu edasi probleemide ennustamine mikroskoopilisel tasemel.

Samal ajal on sellised ettevõtted nagu Sigma Labs ja Additive Assurance loonud riistvara metallist 3D-printerite ehituskambrite jälgimiseks vigade tuvastamiseks. Üha enam võimaldavad need tööriistad aktiivset tagasisidet, et masinad saaksid printimisprotsessi ajal probleeme kiiresti lahendada. MES-tarkvara ja 3D-printimise simulatsiooniga ühendatud seadmed saavad mineviku vigadest õppida ja need lahendada enne, kui need juhtuvad tulevikus.

Kokkuvõttes arenevad need valdkonnad uskumatu kiirusega, suuresti seetõttu, et tootjad näevad väärtust, kui nad suudavad nõudmisel digitaalfailidest objekte toota. Kuna nii suured ettevõtted nagu Ford, GE ja Siemens otsivad kvaliteetsete osade tootmiseks 3D-printimist, suunavad nad kogu lisandite turgu oma vajadustele vastavaks. Selleks, et jõuda sajandi lõpuks 50 miljardi dollarini, peab 3D-printimise tööstus suutma nende klientide jaoks toota miljoneid osi.