Trzy obszary powstrzymujące przemysł druku 10.6D o wartości 3 mld USD

Firma badawcza SmarTech Analysis opublikowała niedawno swoje dane dotyczące branży wytwarzania przyrostowego (AM). Ustalono, że w 2021 r. sektor druku 3D osiągnął $ 10.6 mld w przychodach, z wyłączeniem przychodów związanych z umowami na konserwację sprzętu komputerowego i sprzętu do przetwarzania końcowego. Firma prognozuje, że do roku 50 wartość AM wzrośnie do ponad 2030 miliardów dolarów.

Wzrost ten jest ściśle powiązany z trendem, zgodnie z którym duzi producenci będą w coraz większym stopniu wykorzystywać tę technologię do produkcji masowej. Jednakże, aby AM mógł zostać przyjęty na szeroką skalę, będzie musiał znacząco osiągnąć postęp w trzech kluczowych i wzajemnie powiązanych obszarach: przepustowości, integracji fabryki i kontroli jakości. Na szczęście dla branży wszystkie te kwestie również są aktywnie rozwiązywane.

Wydajność druku 3D

Ze względu na swoje korzenie jako technologia prototypowania, druk 3D nigdy nie był projektowany z myślą o masowej produkcji. Zamiast tego jego zdolność do tworzenia skomplikowanych kształtów została ograniczona do pojedynczych części lub produkcji małych partii. Z tego powodu firmy z branży druku 3D pracują nad opracowaniem systemów, które będą w stanie wyprodukować wiele części tak szybko, jak to możliwe, co jest koncepcją znaną jako przepustowość.

Do liderów w tym zakresie należy firma HP, która spędziła lata na badaniu tej technologii, zanim w końcu zaprezentowała technologie umożliwiające szybką produkcję zarówno tworzyw sztucznych, jak i metali. Gigant druku 2D przeniósł swoją wiedzę w zakresie głowic drukujących atramentowych na druk 3D za pomocą technologii o nazwie Multi Jet Fusion (MJF). MJF jest już używany do produkcji dużych partii części polimerowych do wszystkiego okulary do boty spożywcze.

To dopiero początek dla firmy, która właśnie wdraża technologię Metal Jet. Jest to forma tak zwanego „natryskiwania spoiwa metalicznego”. Metal Jet osadza płynne spoiwo na proszku metalu, tworząc element, który należy następnie spiekać w piecu. Klienci tak duzi jak Volkswagen inwestują w tę technologię, planując produkcję masową do XNUMX tys 100,000 XNUMX elementów metalowych rocznie dla pojazdów konsumenckich.

Jednak HP nie jest jedyną firmą zajmującą się tą szybko rozwijającą się przestrzenią. Szeroko nagłośniony start-up o nazwie Desktop Metal pracuje nad przyspieszeniem natryskiwania spoiwa metalowego. GE również pracuje nad własną wersją tej technologii. Łącznie firmy te rozpoczynają erę, w której tanie proszki metali można wykorzystać do drukowania w 3D dużej liczby części w ramach jednego zadania, co potencjalnie całkowicie zmienia strukturę kosztów druku 3D z metalu.

Oznacza to, że zmierzą się z uznanymi liderami druku 3D w metalu, którzy zazwyczaj polegają na niszczeniu wiązek laserowych o dużej mocy w drogich proszkach metali. Firmy te pracują również nad zwiększeniem przepustowości poprzez dodanie do 12 laserów do swoich maszyn.

Fabryki druku 3D

Chociaż flota drukarek 3D może być zdolna do produkcji na dużą skalę, nie oznacza to, że koniecznie będą pasować do istniejącej fabryki. W dużej mierze wynika to z faktu, że brakuje im oprogramowania na poziomie produkcji masowej.

Teraz pojawiło się kilka startupów, które podjęły wyzwanie polegające na opracowaniu oprogramowania specyficznego dla AM dla systemów realizacji produkcji (MES). Narzędzia te umożliwiają zarówno zarządzanie flotą drukarek 3D, jak i połączenie ich z istniejącym w firmie oprogramowaniem produkcyjnym. Zwykle pomagają w całym procesie pracy od zamówienia do produkcji. Oznacza to wycenę i śledzenie zamówień, przygotowanie plików do druku, monitorowanie zadań drukowania i gromadzenie danych, kolejkowanie floty drukarek, kontrolę jakości i wysyłkę.

Oprogramowanie MES koniecznie łączy się z istniejącymi narzędziami programowymi firmy. Obejmuje to zarządzanie cyklem życia produktu (PLM), planowanie zasobów przedsiębiorstwa (ERP) i ogólne oprogramowanie IT. Podczas gdy PLM może zawierać preferowane przez firmę oprogramowanie do modelowania 3D, ERP będzie składać się ze wszystkiego, od programów płacowych po narzędzia do śledzenia ogólnych finansów.

Platformy MES pracują obecnie nad przejęciem całego oprogramowania, z którym producent może już pracować, i dodaniem do tego druku 3D. Jednak nie ograniczają się tylko do AM. Wielu programistów MES chce połączyć się z innym sprzętem produkcyjnym, takim jak maszyny CNC. Następnie, za pomocą uczenia maszynowego, cały przepływ pracy może zostać automatycznie usprawniony, ponieważ dane z każdego zamówienia i każdego zadania maszynowego są ponownie wprowadzane do cyklu pracy. Sztuczna inteligencja znacząco zwiększa możliwości oprogramowania MES.

Kontrola jakości druku 3D

Być może największą przeszkodą w powszechnym przyjęciu AM jest kontrola jakości. Dzieje się tak dlatego, że w przypadku dodatku każda część jest odrębna. Każdy punkt platformy roboczej może być nieco inny i nawet najmniejsza zmiana parametrów drukowania może zmienić mikrostrukturę drukowanego obiektu.

Z kolei obiekt wydrukowany pod jednym kątem nie będzie taki sam, jak obiekt wydrukowany pod drugim. Ponieważ części są budowane warstwa po warstwie, po zakończeniu drukowania trudno jest zweryfikować wewnętrzną geometrię przedmiotu. W rezultacie jedynym prawdziwym sposobem zapewnienia jakości drukowanego obiektu jest tomografia komputerowa, która jest zazwyczaj niedrogą metodą kontroli wielu części.

Na szczęście nie tylko nowsze systemy skanowania CT z niższymi cenami na rynku, ale istnieją inne narzędzia stosowane w celu zapewnienia jakości drukowanych części. Wśród nich jest symulacja komputerowa. Firmy takie jak ANSYS opracowały oprogramowanie, które potrafi przewidzieć wszelkie defekty występujące podczas procesu drukowania i kompensować dla nich. Hexagon idzie o krok dalej przewidywanie problemów na poziomie mikroskopowym.

Tymczasem firmy takie jak Sigma Labs i Additive Assurance stworzyły sprzęt do monitorowania komór konstrukcyjnych metalowych drukarek 3D w celu wykrywania błędów. Coraz częściej narzędzia te umożliwiają aktywne przesyłanie informacji zwrotnych, dzięki czemu maszyny mogą szybko korygować problemy podczas procesu drukowania. W połączeniu z oprogramowaniem MES i symulacją druku 3D, sprzęt może uczyć się na błędach z przeszłości i eliminować je, zanim jeszcze wystąpią w przyszłości.

Łącznie obszary te rozwijają się w niewiarygodnym tempie, w dużej mierze dlatego, że producenci dostrzegają wartość w możliwości tworzenia obiektów z plików cyfrowych na żądanie. Ponieważ firmy tak duże, jak Ford, GE i Siemens, wykorzystują druk 3D do produkcji wysokiej jakości części końcowych, zmuszają cały rynek dodatków do dostosowania się do ich potrzeb. Aby do końca stulecia osiągnąć aż 50 miliardów dolarów, branża druku 3D musi być w stanie wyprodukować miliony części dla swoich klientów.