Tri oblasti koče industriju 10.6D štampanja od 3 milijardi dolara

Firma za istraživanje tržišta SmarTech Analysis nedavno je objavila svoje podatke za industriju aditivne proizvodnje (AM). Utvrđeno je da je 2021. godine dosegao sektor 3D štampe 10.6 milijardi $ u prihodima, isključujući prihode povezane sa ugovorima o održavanju hardvera i opreme za naknadnu obradu. Firma dalje predviđa da se očekuje da će AM porasti na preko 50 milijardi dolara do 2030. godine.

Ovaj rast je usko povezan sa trendom da će veliki proizvođači sve više koristiti tehnologiju za masovnu proizvodnju. Međutim, da bi AM dostigao široku primjenu, morat će značajno napredovati u tri ključne i međusobno povezane oblasti: propusnost, fabrička integracija i kontrola kvaliteta. Na sreću za industriju, sve su to i pitanja koja se aktivno rješavaju.

Propusnost 3D štampanja

Zbog svojih korijena kao tehnologije izrade prototipa, 3D štampa nikada nije dizajnirana 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, kompanije širom industrije 3D štampanja rade na razvoju sistema koji mogu napraviti mnoge delove 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 kako u plastici tako iu metalu. Gigant 2D štampanja svoju stručnost u inkjet glavama za štampanje prenio je na 3D štampanje pomoću tehnologije nazvane Multi Jet Fusion (MJF). MJF se već koristi za proizvodnju velikih serija polimernih dijelova za sve od naočale to prehrambeni botovi.

Ovo je samo početak za kompaniju, koja sada uvodi svoju Metal Jet tehnologiju. Oblik onoga što se zove „mlaziranje metalnog veziva“, Metal Jet nanosi tečno vezivo na metalni prah, stvarajući komponentu koja se zatim mora sinterovati 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 kompanija u ovom prostoru koji se brzo razvija. Široko objavljeni startup pod nazivom Desktop Metal radi na ubrzanju izbacivanja metalnih veziva. GE, također, radi na vlastitoj verziji tehnologije. Sve u svemu, ove kompanije uvode eru u kojoj se jeftini metalni prahovi mogu koristiti za 3D štampanje velikog broja delova u jednom poslu, potencijalno menjajući strukturu troškova za metalno 3D štampanje.

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

Fabrike 3D štampe

Iako flota 3D štampača može biti sposobna za proizvodnju u velikim količinama, to ne znači da će se oni nužno uklopiti u postojeću fabričku operaciju. U velikoj mjeri, to je zbog činjenice da im nedostaje softver na nivou masovne proizvodnje.

Sada se pojavila šačica startupa koji su preuzeli izazov razvoja AM-specifičnog softvera za proizvodne izvršne sisteme (MES). Ovi alati omogućavaju i upravljanje flotom 3D štampača i njihovo povezivanje sa postojećim proizvodnim softverom kompanije. Oni obično pomažu u cijelom toku rada od narudžbe do proizvodnje. To znači citiranje i praćenje narudžbi, pripremu datoteke za štampanje, praćenje zadataka za štampanje i prikupljanje podataka, čekanje u floti štampača, kontrolu kvaliteta i otpremu.

MES softver se nužno povezuje sa postojećim softverskim alatima preduzeća. Ovo uključuje upravljanje životnim ciklusom proizvoda (PLM), planiranje resursa preduzeća (ERP) i opšti IT softver. Dok PLM može uključivati ​​preferirani softver za 3D modeliranje kompanije, ERP će se sastojati od svega, od programa za obračun plaća do alata za praćenje ukupnih finansija.

MES platforme sada rade na tome da uzmu sav softver s kojim proizvođač možda već radi i ubaci 3D štampanje u miks. Međutim, oni se ne ograničavaju samo na AM. Mnogi MES programeri žele da se povežu sa drugom proizvodnom opremom, kao što su CNC mašine. Zatim, uz pomoć mašinskog učenja, ceo tok rada se može automatski poboljšati kako se podaci iz svake narudžbe i svaki mašinski posao vraćaju u radni ciklus. Umjetna inteligencija značajno doprinosi mogućnostima MES softvera.

Kontrola kvaliteta 3D štampe

Možda najveća prepreka širokom usvajanju AM je kontrola kvaliteta. To je zato što je, uz dodatak, svaki dio različit. Svaka tačka na platformi za izgradnju može biti malo drugačija, a čak i najmanja varijacija u parametru štampanja može promeniti mikrostrukturu štampanog objekta.

Zauzvrat, objekat štampan pod jednim uglom neće biti isti kao onaj odštampan pod drugim. Pošto se delovi izgrađuju sloj po sloj, teško je potvrditi unutrašnju geometriju stavke kada se štampanje završi. Kao rezultat toga, jedini pravi način da se osigura kvalitet odštampanog objekta je CT skeniranje, obično skupa metoda za inspekciju mnoštva delova.

Srećom, ne samo da jesu noviji sistemi CT skeniranja s nižim cijenama koje dolaze na tržište, ali postoje i drugi alati koji se koriste kako bi se osigurao kvalitet tiskanih dijelova. Među njima je i kompjuterska simulacija. Kompanije poput ANSYS-a razvile su softver koji može predvidjeti sve nedostatke koji se pojave tokom procesa štampanja i nadoknaditi za njih. Hexagon ide korak dalje predviđanje problema na mikroskopskom nivou.

U međuvremenu, kompanije kao što su Sigma Labs i Additive Assurance kreirale su hardver za nadgledanje komora za izradu metalnih 3D štampača radi otkrivanja grešaka. Ovi alati će sve više omogućiti aktivnu povratnu informaciju tako da mašine mogu brzo da isprave probleme tokom procesa štampanja. Kada je povezana sa MES softverom i simulacijom 3D štampanja, oprema može učiti iz prošlih grešaka i rješavati ih prije nego što se dogode u budućnosti.

Sve u svemu, ove oblasti napreduju neverovatnom brzinom, velikim delom zato što proizvođači vide vrednost u mogućnosti da proizvode objekte iz digitalnih datoteka na zahtev. Kako velike kompanije poput Forda, GE i Siemensa traže 3D štampanje kako bi proizvele kvalitetne krajnje dijelove, one pokreću cijelo tržište aditiva da se prilagodi njihovim potrebama. Da bi dostigla ogromnih 50 milijardi dolara do kraja veka, industrija 3D štampanja mora biti sposobna da napravi milione delova za te kupce.