Kolme aluetta pidättelevät 10.6 miljardin dollarin 3D-tulostusteollisuutta

Markkinatutkimusyritys SmarTech Analysis julkaisi äskettäin tiedot lisäainevalmistusteollisuudesta. Se määritti, että vuonna 2021 3D-tulostussektori saavutti $ 10.6 miljardia liikevaihdossa, pois lukien laitteiston ylläpitosopimuksiin ja jälkikäsittelylaitteisiin liittyvät tuotot. Yritys arvioi edelleen, että AM:n odotetaan kasvavan yli 50 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä.

Kasvu liittyy vahvasti siihen trendiin, että suuret valmistajat käyttävät teknologiaa yhä enemmän massatuotantoon. Kuitenkin, jotta AM saavuttaisi laajamittaisen käyttöönoton, sen on edistyttävä merkittävästi kolmella keskeisellä ja toisiinsa liittyvällä alueella: suorituskyky, tehdasintegraatio ja laadunvalvonta. Alan onneksi nämä kaikki ovat myös asioita, joihin puututaan aktiivisesti.

3D-tulostuksen suorituskyky

Koska 3D-tulostus on juuri ollut prototyyppiteknologiana, sitä ei koskaan suunniteltu massatuotantoa ajatellen. Sen sijaan sen kyky luoda monimutkaisia ​​muotoja on rajoitettu yksittäisiin osiin tai pieniin eriin. Tästä syystä 3D-tulostusteollisuuden yritykset ovat työskennelleet kehittääkseen järjestelmiä, jotka voivat valmistaa monia osia mahdollisimman nopeasti. Tämä konsepti tunnetaan läpimenokyvynä.

Yksi johtajista tässä suhteessa on HP, joka tutki vuosia teknologiaa ennen kuin lopulta paljasti teknologioita, jotka pystyvät tuottamaan nopeasti sekä muovien että metallien. 2D-tulostusjätti on siirtänyt mustesuihkutulostuspäiden asiantuntemuksensa 3D-tulostukseen Multi Jet Fusion (MJF) -nimisellä tekniikalla. MJF:ää käytetään jo suurten erien polymeeriosien tuottamiseen kaikenlaiseen silmälasien että ruokakauppabotit.

Tämä on vasta alkua yritykselle, joka ottaa nyt käyttöön Metal Jet -teknologiansa. Eräs ns. "metallisideainesuihkutus", Metal Jet levittää nestemäistä sideainetta metallijauheelle, jolloin syntyy komponentti, joka on sitten sintrattava uunissa. Volkswagenin kaltaiset asiakkaat investoivat teknologiaan ja suunnittelevat jopa massatuotantoa 100,000 XNUMX metallikomponenttia vuosittain kulutusajoneuvoihin.

HP ei kuitenkaan ole ainoa yritys tällä nopeasti kehittyvällä alalla. Laajalti julkisuutta saanut Desktop Metal -niminen startup pyrkii nopeuttamaan metallisideaineen suihkuttamista. Myös GE kehittää omaa versiotaan tekniikasta. Kaiken kaikkiaan nämä yritykset ovat aloittamassa aikakautta, jolloin edullisilla metallijauheilla voidaan 3D-tulostaa suuria määriä osia yhdessä työssä, mikä saattaa muuttaa metallien 3D-tulostuksen kustannusrakennetta kokonaan.

Tämä tarkoittaa, että he ottavat vastaan ​​vakiintuneet johtajat metallien 3D-tulostuksessa, jotka tyypillisesti luottavat suuritehoisten lasersäteiden yhdistämiseen kalliisiin metallijauheisiin. Nämä yritykset pyrkivät myös lisäämään suorituskykyä lisäämällä jopa 12 laseria koneilleen.

3D-tulostustehtaita

Vaikka 3D-tulostimia voidaan valmistaa suurella määrällä, se ei tarkoita, että ne välttämättä sopivat olemassa olevaan tehtaan toimintaan. Tämä johtuu suurelta osin siitä, että heiltä puuttuu massatuotantotason ohjelmistoja.

Nyt kourallinen startuppeja on noussut ottamaan vastaan ​​haasteen kehittää AM-spesifisiä ohjelmistoja tuotannon suoritusjärjestelmiin (MES). Nämä työkalut mahdollistavat sekä 3D-tulostimien hallinnan että niiden yhdistämisen yrityksen olemassa olevaan tuotantoohjelmistoon. Ne yleensä auttavat koko tilauksesta valmistukseen -työnkulkua. Tämä tarkoittaa tilausten tarjousta ja seurantaa, tulostustiedoston valmistelua, tulostustöiden seurantaa ja tiedonkeruuta, tulostinkaluston jonotusta, laadunvalvontaa ja toimitusta.

MES-ohjelmisto kytkeytyy välttämättä yrityksen olemassa oleviin ohjelmistotyökaluihin. Tämä sisältää tuotteen elinkaaren hallinnan (PLM), toiminnanohjausjärjestelmän (ERP) ja yleisen IT-ohjelmiston. Vaikka PLM saattaa sisältää yrityksen suosiman 3D-mallinnusohjelmiston, ERP koostuu kaikesta palkanlaskentaohjelmista yleisen talouden seurantaan tarkoitettuihin työkaluihin.

MES-alustat työskentelevät nyt ottaakseen kaikki ohjelmistot, joita valmistaja saattaa jo käyttää, ja lisäämään 3D-tulostusta sekoitukseen. He eivät kuitenkaan rajoita vain AM:ään. Monet MES-kehittäjät etsivät yhteyttä muihin tuotantolaitteisiin, kuten CNC-koneisiin. Sitten koneoppimisen avulla koko työnkulkua voidaan parantaa automaattisesti jokaisen tilauksen ja jokaisen konetyön datana palaa työkiertoon. Tekoäly lisää merkittävästi MES-ohjelmiston ominaisuuksia.

3D-tulostuksen laadunvalvonta

Ehkä suurin este AM:n laajalle leviämiselle on laadunvalvonta. Tämä johtuu siitä, että lisäaineella jokainen osa on erillinen. Jokainen piste rakennusalustalla voi olla hieman erilainen ja pieninkin vaihtelu tulostusparametrissa voi muuttaa tulostetun kohteen mikrorakennetta.

Yhdestä kulmasta painettu esine ei puolestaan ​​ole sama kuin toisesta kulmasta painettu kohde. Ja koska osat rakennetaan kerros kerrokselta, on vaikea vahvistaa tuotteen sisäistä geometriaa, kun tulostus on valmis. Tämän seurauksena ainoa oikea tapa varmistaa tulostetun kohteen laatu on CT-skannaus, joka on tyypillisesti kustannustehokas menetelmä monien osien tarkastamiseen.

Onneksi eivät vain ole uudemmat CT-skannausjärjestelmät markkinoille tulee halvempia hintalappuja, mutta painettujen osien laadun varmistamiseksi käytetään muita työkaluja. Yksi niistä on tietokonesimulaatio. Yritykset, kuten ANSYS, ovat kehittäneet ohjelmistoja, jotka voivat ennakoida tulostusprosessin aikana ilmeneviä vikoja hyvittää heille. Hexagon ottaa tämän askeleen pidemmälle ennustaa ongelmia mikroskooppisella tasolla.

Samaan aikaan yritykset, kuten Sigma Labs ja Additive Assurance, ovat luoneet laitteiston, joka valvoo metallisten 3D-tulostimien rakennuskammioita virheiden havaitsemiseksi. Yhä useammin nämä työkalut mahdollistavat aktiivisen palautteen, jotta koneet voivat korjata ongelmat nopeasti tulostusprosessin aikana. Kun laite on yhdistetty MES-ohjelmistoon ja 3D-tulostussimulaatioon, se voi oppia menneistä virheistä ja korjata ne ennen kuin ne tapahtuvat tulevaisuudessa.

Kaiken kaikkiaan nämä alueet edistyvät uskomattomalla nopeudella, suurelta osin siksi, että valmistajat näkevät arvon siinä, että he pystyvät tuottamaan esineitä digitaalisista tiedostoista pyynnöstä. Kun Fordin, GE:n ja Siemensin kaltaiset suuret yritykset haluavat 3D-tulostuksen tuottaakseen laadukkaita päätyosia, ne saavat koko lisäainemarkkinan mukautumaan tarpeisiinsa. Voidakseen saavuttaa huikeat 50 miljardia dollaria vuosisadan loppuun mennessä, 3D-tulostusteollisuuden on kyettävä valmistamaan miljoonia osia näille asiakkaille.