Tri oblasti brzdia priemysel 10.6D tlače v hodnote 3 miliardy USD

Spoločnosť pre prieskum trhu SmarTech Analysis nedávno zverejnila svoje údaje pre priemysel aditívnej výroby (AM). Stanovilo, že v roku 2021 dosiahol sektor 3D tlače $ 10.6 miliardy vo výnosoch, s výnimkou výnosov spojených so zmluvami o údržbe hardvéru a zariadením na následné spracovanie. Spoločnosť ďalej predpokladá, že AM sa očakáva, že do roku 50 vzrastie na viac ako 2030 miliárd dolárov.

Tento rast úzko súvisí s trendom, že veľkí výrobcovia budú čoraz viac využívať technológiu na hromadnú výrobu. Aby však AM dosiahol široké uplatnenie, bude musieť výrazne pokročiť v troch kľúčových a vzájomne súvisiacich oblastiach: priepustnosť, integrácia továrne a kontrola kvality. Našťastie pre priemysel sú to všetko aj problémy, ktoré sa aktívne riešia.

Priepustnosť 3D tlače

Vďaka svojim koreňom ako prototypová technológia nebola 3D tlač nikdy navrhnutá s ohľadom na masovú výrobu. Namiesto toho bola jeho schopnosť vytvárať zložité tvary obmedzená na jednorazové diely alebo malosériovú výrobu. Z tohto dôvodu firmy v odvetví 3D tlače pracujú na vývoji systémov, ktoré dokážu čo najrýchlejšie vyrobiť veľa dielov, čo je koncept známy ako priepustnosť.

Medzi lídrov v tomto smere patrí spoločnosť HP, ktorá roky skúmala technológiu, kým konečne odhalila technológie schopné rýchlej výroby plastov aj kovov. Gigant 2D tlače preniesol svoje odborné znalosti v oblasti atramentových tlačových hláv na 3D tlač pomocou technológie nazývanej Multi Jet Fusion (MJF). MJF sa už používa na výrobu veľkých sérií polymérových dielov pre všetko z okuliare na roboti s potravinami.

Toto je len začiatok pre spoločnosť, ktorá teraz uvádza na trh svoju technológiu Metal Jet. Forma toho, čo sa nazýva „tryskanie kovového spojiva“, Metal Jet nanáša tekuté spojivo na kovový prášok a vytvára komponent, ktorý sa potom musí spekať v peci. Takí veľkí zákazníci ako Volkswagen investujú do technológie s plánom sériovej výroby až 100,000 XNUMX kovových komponentov ročne pre spotrebné vozidlá.

HP však nie je jedinou spoločnosťou v tomto rýchlo sa rozvíjajúcom priestore. Široko propagovaný startup s názvom Desktop Metal pracuje na urýchlení tryskania kovového spojiva. GE tiež pracuje na vlastnej verzii technológie. Celkovo tieto spoločnosti ohlasujú éru, v ktorej je možné použiť lacné kovové prášky na 3D tlač veľkého počtu dielov v jednej úlohe, čo môže úplne zmeniť štruktúru nákladov na kovovú 3D tlač.

To znamená, že prevezmú etablovaných lídrov v kovovej 3D tlači, ktorí sa zvyčajne spoliehajú na vysokovýkonné laserové lúče na drahé kovové prášky. Tieto spoločnosti pracujú na zvýšení priepustnosti aj pridávaním až 12 laserov k ich strojom.

Továrne na 3D tlač

Hoci flotila 3D tlačiarní môže byť schopná vyrábať vo veľkom, neznamená to, že sa nevyhnutne zmestia do existujúcej továrne. Z veľkej časti je to spôsobené tým, že im chýba softvér na úrovni sériovej výroby.

Teraz sa objavilo niekoľko startupov, ktoré prijali výzvu vývoja softvéru špecifického pre AM pre systémy vykonávania výroby (MES). Tieto nástroje umožňujú spravovať flotilu 3D tlačiarní a pripojiť ich k existujúcemu výrobnému softvéru spoločnosti. Zvyčajne pomáhajú v celom pracovnom toku od objednávky až po výrobu. To znamená cenové ponuky a sledovanie objednávok, príprava tlačového súboru, monitorovanie tlačových úloh a zber údajov, radenie tlačiarní do fronty, kontrola kvality a expedícia.

Softvér MES sa nevyhnutne spája s existujúcimi softvérovými nástrojmi podniku. To zahŕňa správu životného cyklu produktu (PLM), plánovanie podnikových zdrojov (ERP) a všeobecný IT softvér. Zatiaľ čo PLM môže zahŕňať preferovaný softvér na 3D modelovanie spoločnosti, ERP bude pozostávať zo všetkého, od mzdových programov až po nástroje na sledovanie celkových financií.

Platformy MES teraz pracujú na tom, aby prevzali všetok softvér, s ktorým by už výrobca mohol pracovať, a do mixu vložili 3D tlač. Neobmedzujú sa však len na AM. Mnoho vývojárov MES sa snaží spojiť s inými výrobnými zariadeniami, ako sú CNC stroje. Potom pomocou strojového učenia možno celý pracovný tok automaticky vylepšiť, pretože údaje z každej objednávky a každej úlohy stroja sa vrátia späť do pracovného cyklu. Umelá inteligencia výrazne rozširuje možnosti softvéru MES.

Kontrola kvality 3D tlače

Snáď najväčšou prekážkou rozšíreného prijatia AM je kontrola kvality. Je to preto, že s aditívom je každá časť odlišná. Každý bod na platforme zostavy sa môže mierne líšiť a dokonca aj najmenšia zmena parametra tlače môže zmeniť mikroštruktúru tlačeného objektu.

Na druhej strane objekt vytlačený pod jedným uhlom nebude rovnaký ako objekt vytlačený pod iným. A keďže sa časti vytvárajú vrstva po vrstve, je ťažké overiť vnútornú geometriu položky po dokončení tlače. Výsledkom je, že jediným skutočným spôsobom, ako zabezpečiť kvalitu vytlačeného objektu, je CT sken, zvyčajne cenovo zakázaná metóda na kontrolu množstva dielov.

Našťastie nielen sú novšie CT skenovacie systémy na trh prichádzajú s nižšími cenovkami, ale na zabezpečenie kvality tlačených dielov sa používajú aj iné nástroje. Medzi nimi je počítačová simulácia. Spoločnosti ako ANSYS vyvinuli softvér, ktorý dokáže predvídať akékoľvek chyby, ktoré sa vyskytnú počas procesu tlače a kompenzovať pre nich. Hexagon ide ešte o krok ďalej predpovedanie problémov na mikroskopickej úrovni.

Spoločnosti ako Sigma Labs a Additive Assurance medzitým vytvorili hardvér na monitorovanie konštrukčných komôr kovových 3D tlačiarní s cieľom odhaliť chyby. Tieto nástroje budú čoraz viac umožňovať aktívnu spätnú väzbu, takže stroje môžu rýchlo opraviť problémy počas procesu tlače. Keď je zariadenie prepojené so softvérom MES a simuláciou 3D tlače, môže sa poučiť z minulých chýb a riešiť ich skôr, ako sa vyskytnú v budúcnosti.

Celkovo tieto oblasti napredujú neuveriteľnou rýchlosťou, z veľkej časti preto, že výrobcovia vidia hodnotu v schopnosti vyrábať objekty z digitálnych súborov na požiadanie. Keďže veľké spoločnosti ako Ford, GE a Siemens využívajú 3D tlač na výrobu kvalitných koncových dielov, poháňajú celý trh s aditívami, aby sa prispôsobili ich potrebám. Na dosiahnutie neuveriteľných 50 miliárd dolárov do konca storočia musí byť priemysel 3D tlače schopný vyrobiť milióny dielov pre týchto zákazníkov.