Trei domenii care împiedică industria imprimării 10.6D de 3 miliarde USD

Firma de cercetare de piață SmarTech Analysis și-a lansat recent datele pentru industria de fabricație aditivă (AM). Acesta a stabilit că, în 2021, sectorul imprimării 3D a ajuns $ 10.6 de miliarde de în venituri, excluzând veniturile asociate cu contractele de întreținere hardware și echipamente de post-procesare. Compania estimează că AM va crește la peste 50 de miliarde de dolari până în 2030.

Această creștere este strâns legată de tendința că marii producători vor folosi din ce în ce mai mult tehnologia pentru producția de masă. Cu toate acestea, pentru ca AM să ajungă la o adopție pe scară largă, va trebui să avanseze semnificativ în trei domenii cruciale și interdependente: producția, integrarea fabricii și controlul calității. Din fericire pentru industrie, toate acestea sunt, de asemenea, probleme care sunt abordate în mod activ.

Debit de imprimare 3D

Datorită rădăcinilor sale ca tehnologie de prototipare, imprimarea 3D nu a fost niciodată concepută având în vedere producția de masă. În schimb, capacitatea sa de a crea forme complexe a fost limitată la piese unice sau la fabricarea în loturi mici. Din acest motiv, firmele din industria de imprimare 3D au lucrat pentru a dezvolta sisteme care pot face multe piese cât mai rapid posibil, un concept cunoscut sub numele de throughput.

Printre liderii în acest sens se numără HP, care a petrecut ani de zile cercetând tehnologia înainte de a dezvălui în sfârșit tehnologii capabile să producă rapid atât în ​​materiale plastice, cât și în metale. Gigantul imprimării 2D și-a portat expertiza în capete de imprimare cu jet de cerneală la imprimarea 3D cu o tehnologie numită Multi Jet Fusion (MJF). MJF este deja folosit pentru a produce loturi mari de piese polimerice pentru orice de la ochelari la roboți de băcănie.

Acesta este doar începutul pentru companie, care acum își lansează tehnologia Metal Jet. O formă a ceea ce se numește „jet de liant de metal”, Metal Jet depune un liant lichid pe pulberea metalică, creând o componentă care trebuie apoi sinterizată într-un cuptor. Clienți la fel de mari precum Volkswagen investesc în tehnologie cu un plan de a produce în masă până la 100,000 de componente metalice anual pentru vehiculele de larg consum.

Cu toate acestea, HP nu este singura companie din acest spațiu care evoluează rapid. O întreprindere lansată pe scară largă, numită Desktop Metal, lucrează pentru a accelera jetul de liant metalic. GE, de asemenea, lucrează la propria versiune a tehnologiei. În total, aceste companii inaugurează o eră în care pulberile metalice la preț redus pot fi folosite pentru a imprima 3D un număr mare de piese într-o singură lucrare, schimbând potențial structura costurilor pentru imprimarea 3D pe metal.

Aceasta înseamnă că se vor înfrunta liderii consacrați în imprimarea 3D din metal, care se bazează de obicei pe zapping-ul de fascicule laser de mare putere la pulberi metalice scumpe. Aceste companii lucrează la creșterea producției, de asemenea, prin adăugare până la 12 lasere la mașinile lor.

Fabrici de imprimare 3D

În timp ce o flotă de imprimante 3D poate fi capabilă să producă la volum, asta nu înseamnă că acestea se vor încadra neapărat într-o operațiune existentă din fabrică. În mare parte, acest lucru se datorează faptului că le lipsește software-ul la nivel de producție de masă.

Acum, o mână de startup-uri au apărut pentru a accepta provocarea de a dezvolta software specific AM pentru sistemele de execuție a producției (MES). Aceste instrumente fac posibilă atât gestionarea unei flote de imprimante 3D, cât și conectarea acestora la software-ul de producție existent al unei companii. De obicei, ele ajută la întregul flux de lucru de la comandă la fabricație. Aceasta înseamnă cotarea și urmărirea comenzilor, pregătirea fișierelor de tipărire, monitorizarea lucrărilor de imprimare și colectarea datelor, coada de așteptare a flotei de imprimante, controlul calității și expedierea.

Software-ul MES se conectează în mod necesar la instrumentele software existente ale unei companii. Aceasta include managementul ciclului de viață al produsului (PLM), planificarea resurselor întreprinderii (ERP) și software-ul IT general. În timp ce PLM poate include software-ul de modelare 3D preferat al unei companii, ERP va fi compus din orice, de la programe de salarizare la instrumente pentru urmărirea finanțelor generale.

Platformele MES lucrează acum pentru a prelua toate software-urile cu care un producător ar putea deja să lucreze și pentru a introduce imprimarea 3D în amestec. Cu toate acestea, ei nu se limitează doar la AM. Mulți dezvoltatori MES caută să se conecteze cu alte echipamente de producție, cum ar fi mașini CNC. Apoi, cu ajutorul învățării automate, întregul flux de lucru poate fi îmbunătățit automat, deoarece datele de la fiecare comandă și fiecare lucrare de mașină este reintrodusă în ciclul de lucru. Inteligența artificială se adaugă semnificativ la capacitățile software-ului MES.

Controlul calității imprimării 3D

Poate cel mai mare obstacol în calea adoptării AM pe scară largă este controlul calității. Acest lucru se datorează faptului că, cu aditiv, fiecare parte este distinctă. Fiecare punct de pe platforma de construcție poate fi ușor diferit și chiar și cea mai mică variație a unui parametru de imprimare poate modifica microstructura obiectului imprimat.

La rândul său, un obiect imprimat la un unghi nu va fi același cu unul imprimat la altul. Și, deoarece piesele sunt construite strat cu strat, este dificil să se valideze geometriile interne ale unui articol odată ce imprimarea este finalizată. Ca rezultat, singura modalitate adevărată de a asigura calitatea unui obiect tipărit este cu o scanare CT, de obicei o metodă cu costuri prohibitive pentru inspectarea multitudinii de piese.

Din fericire, nu numai că sunt sisteme de scanare CT mai noi cu etichete de preț mai mici care vin pe piață, dar există și alte instrumente care sunt folosite pentru a asigura calitatea pieselor imprimate. Printre acestea se numără simularea pe computer. Companii precum ANSYS au dezvoltat software care poate anticipa orice defecțiuni care apar în timpul procesului de imprimare și compensa pentru ei. Hexagon face acest lucru cu un pas mai departe prezicerea problemelor la nivel microscopic.

Între timp, firme precum Sigma Labs și Additive Assurance au creat hardware pentru a monitoriza camerele de construcție ale imprimantelor 3D metalice pentru a detecta erori. Din ce în ce mai mult, aceste instrumente vor permite feedback activ, astfel încât mașinile să poată corecta rapid problemele în timpul procesului de imprimare. Atunci când este conectat cu software-ul MES și simularea imprimării 3D, echipamentul poate învăța din erorile trecute și le poate rezolva înainte ca acestea să apară în viitor.

În total, aceste zone avansează cu ritmuri incredibile, în mare parte pentru că producătorii văd valoarea în a putea produce obiecte din fișiere digitale la cerere. Pe măsură ce companii la fel de mari precum Ford, GE și Siemens caută imprimarea 3D pentru a produce piese finale de calitate, ele determină întreaga piață a aditivilor să se adapteze nevoilor lor. Pentru a ajunge la 50 de miliarde de dolari până la sfârșitul secolului, industria de imprimare 3D trebuie să fie capabilă să producă milioane de piese pentru acești clienți.