Három terület hátráltatja a 10.6 milliárd dolláros 3D nyomtatóipart

A SmarTech Analysis piackutató cég a közelmúltban tette közzé adatait az additív gyártás (AM) iparágra vonatkozóan. Megállapította, hogy 2021-ben a 3D nyomtatási szektor elérte 10.6 milliárd $ a bevételben, kivéve a hardverkarbantartási szerződésekkel és az utófeldolgozó berendezésekkel kapcsolatos bevételeket. A cég azt is előrevetíti, hogy az AM 50-ra 2030 milliárd dollár fölé nő.

Ez a növekedés szorosan összefügg azzal a tendenciával, hogy a nagy gyártók egyre gyakrabban használják a technológiát tömeggyártásra. Ahhoz azonban, hogy az AM elérje a széles körű alkalmazást, jelentős előrelépésre van szüksége három kulcsfontosságú és egymással összefüggő területen: az áteresztőképesség, a gyári integráció és a minőség-ellenőrzés. Az iparág szerencséjére ezek mind olyan kérdések, amelyekkel aktívan foglalkoznak.

3D nyomtatási teljesítmény

A 3D nyomtatás prototípusgyártási technológiájának gyökerei miatt soha nem a tömeggyártást szem előtt tartva tervezték. Ehelyett az összetett formák létrehozásának képessége az egyszeri alkatrészekre vagy a kis tételes gyártásra korlátozódott. Emiatt a 3D-nyomtatási iparágban dolgozó cégek olyan rendszerek kifejlesztésén dolgoznak, amelyek sok alkatrészt a lehető leggyorsabban elkészíthetnek. Ezt a koncepciót áteresztőképességnek nevezik.

E tekintetben az élenjárók közé tartozik a HP, amely évekig kutatta a technológiát, mielőtt végre bemutatta azokat a technológiákat, amelyek mind a műanyagok, mind a fémek terén gyors gyártásra képesek. A 2D nyomtató-óriás a tintasugaras nyomtatófejek terén szerzett szakértelmét a 3D-s nyomtatásra fordította a Multi Jet Fusion (MJF) technológiával. Az MJF-et már használják nagy tételekben polimer alkatrészek gyártására mindenhez szemüveg nak nek élelmiszerbolt botok.

Ez csak a kezdet a vállalat számára, amely most vezeti be Metal Jet technológiáját. Az úgynevezett „fém kötőanyag jetting” formája, a Metal Jet folyékony kötőanyagot rak le a fémporra, és egy alkatrészt hoz létre, amelyet ezután szinterezni kell egy kemencében. Az olyan nagy ügyfelek, mint a Volkswagen, fektetnek be a technológiába, és azt tervezik, hogy akár tömegtermelést is terveznek 100,000 XNUMX fém alkatrész évente a fogyasztói járművek számára.

A HP azonban nem az egyetlen vállalat ezen a gyorsan fejlődő területen. A Desktop Metal nevű, széles körben nyilvánosságra hozott startup azon dolgozik, hogy felgyorsítsa a fém kötőanyag-sugárzását. A GE is dolgozik a technológia saját verzióján. Összességében ezek a vállalatok egy olyan korszakot nyitnak meg, amelyben az olcsó fémporok nagyszámú alkatrész 3D-nyomtatására használhatók egyetlen munka során, ami potenciálisan teljesen megváltoztatja a fém 3D-nyomtatás költségszerkezetét.

Ez azt jelenti, hogy felveszik a harcot a fém 3D-nyomtatásban bevált vezetőkkel, amelyek jellemzően a nagy teljesítményű lézersugarak és a drága fémporok zúzódásán alapulnak. Ezek a cégek az áteresztőképesség növelésén is dolgoznak, hozzáadással akár 12 lézer a gépeikhez.

3D nyomtatógyárak

Noha a 3D nyomtatók flottája képes nagy mennyiségben gyártani, ez nem jelenti azt, hogy szükségszerűen illeszkednek egy meglévő gyári működésbe. Ez nagyrészt annak tudható be, hogy hiányoznak a tömeggyártási szintű szoftverek.

Most egy maroknyi startup jelent meg, akik vállalják a kihívást, hogy AM-specifikus szoftvereket fejlesszenek gyártás-végrehajtási rendszerekhez (MES). Ezek az eszközök lehetővé teszik a 3D nyomtatók flottájának kezelését és a vállalat meglévő termelési szoftveréhez való csatlakoztatását. Általában a rendeléstől a gyártásig terjedő munkafolyamatot segítik. Ez a megrendelés árajánlattételét és nyomon követését, a nyomtatási fájl előkészítését, a nyomtatási feladatok figyelését és adatgyűjtését, a nyomtatópark sorba állítását, a minőségellenőrzést és a szállítást jelenti.

A MES szoftver szükségszerűen csatlakozik a vállalkozás meglévő szoftvereszközeihez. Ez magában foglalja a termékéletciklus-kezelést (PLM), a vállalati erőforrás-tervezést (ERP) és az általános informatikai szoftvereket. Míg a PLM magában foglalhatja a vállalat által előnyben részesített 3D-s modellezőszoftvert, az ERP a bérszámfejtési programoktól a teljes pénzügyek nyomon követésére szolgáló eszközökig mindenből áll majd.

A MES-platformok most azon dolgoznak, hogy az összes szoftvert, amellyel a gyártó már dolgozik, átvegyék, és a 3D nyomtatást beépítsék a keverékbe. Azonban nem csak az AM-re korlátozódnak. Sok MES fejlesztő szeretne más gyártóberendezésekkel, például CNC gépekkel kapcsolódni. Ezután a gépi tanulás segítségével a teljes munkafolyamat automatikusan javítható, mivel az egyes rendelésekből származó adatok és minden gépi munka visszakerül a munkaciklusba. A mesterséges intelligencia jelentősen növeli a MES szoftverek képességeit.

3D nyomtatási minőségellenőrzés

Talán a legnagyobb akadály az AM széles körű elterjedése előtt a minőség-ellenőrzés. Ez azért van, mert az adalékanyaggal minden rész különálló. Az építési platform minden pontja kissé eltérő lehet, és a nyomtatási paraméterek legkisebb változása is megváltoztathatja a nyomtatott objektum mikrostruktúráját.

Az egyik szögben nyomtatott objektum viszont nem lesz azonos a másik szögben nyomtatott objektummal. És mivel az alkatrészek rétegről rétegre épülnek fel, nehéz ellenőrizni egy tétel belső geometriáját, miután a nyomtatás befejeződött. Ennek eredményeként a nyomtatott objektumok minőségének egyetlen igaz módja a CT-vizsgálat, amely jellemzően költségkímélő módszer sok alkatrész vizsgálatára.

Szerencsére nem csak újabb CT szkennelő rendszerek alacsonyabb árcédulák kerülnek a piacra, de vannak más eszközök is, amelyekkel biztosítják a nyomtatott alkatrészek minőségét. Ezek közé tartozik a számítógépes szimuláció. Az olyan cégek, mint az ANSYS olyan szoftvert fejlesztettek ki, amely képes előre jelezni a nyomtatási folyamat során fellépő hibákat és kompenzálni nekik. A Hexagon egy lépéssel tovább megy problémák előrejelzése mikroszkopikus szinten.

Eközben olyan cégek, mint a Sigma Labs és az Additive Assurance hardvert hoztak létre a fém 3D nyomtatók építőkamráinak megfigyelésére a hibák észlelése érdekében. Ezek az eszközök egyre inkább lehetővé teszik az aktív visszajelzést, hogy a gépek gyorsan kijavítsák a nyomtatási folyamat során felmerülő problémákat. A MES szoftverrel és a 3D nyomtatási szimulációval összekapcsolva a berendezés képes tanulni a múltbeli hibákból, és orvosolni tudja azokat, mielőtt azok a jövőben bekövetkeznének.

Összességében ezek a területek hihetetlen ütemben fejlődnek, nagyrészt azért, mert a gyártók értékét látják abban, hogy igény szerint képesek digitális fájlokból tárgyakat előállítani. Miközben az olyan nagy cégek, mint a Ford, a GE és a Siemens, a 3D-s nyomtatásra törekednek minőségi végalkatrészek előállításához, az egész adalékanyag-piacot arra késztetik, hogy megfeleljen az igényeiknek. Ahhoz, hogy a század végére elérje az óriási 50 milliárd dollárt, a 3D nyomtatóiparnak képesnek kell lennie arra, hogy több millió alkatrészt gyártson ezeknek az ügyfeleknek.