Trīs jomas, kas kavē 10.6 miljardu dolāru vērto 3D drukas nozari

Tirgus izpētes uzņēmums SmarTech Analysis nesen publicēja savus datus par piedevu ražošanas (AM) nozari. Tas noteica, ka 2021. gadā 3D drukas nozare sasniedza $ 10.6 miljardus ieņēmumos, izņemot ieņēmumus, kas saistīti ar aparatūras uzturēšanas līgumiem un pēcapstrādes iekārtām. Uzņēmums arī paredz, ka AM pieaugs līdz 50 miljardiem USD līdz 2030. gadam.

Šis pieaugums ir cieši saistīts ar tendenci, ka lielie ražotāji arvien vairāk izmantos šo tehnoloģiju masveida ražošanai. Tomēr, lai AM sasniegtu plašu ieviešanu, tai būs būtiski jāvirzās uz priekšu trīs būtiskās un savstarpēji saistītās jomās: caurlaidspēja, rūpnīcas integrācija un kvalitātes kontrole. Par laimi nozarei, tie visi ir arī jautājumi, kas tiek aktīvi risināti.

3D drukāšanas caurlaidspēja

Tā kā 3D drukāšana ir radusies kā prototipu veidošanas tehnoloģija, tā nekad netika izstrādāta, ņemot vērā masveida ražošanu. Tā vietā tā spēja radīt sarežģītas formas ir ierobežota ar vienreizējām detaļām vai nelielu sēriju ražošanu. Šī iemesla dēļ uzņēmumi visā 3D drukas nozarē ir strādājuši, lai izstrādātu sistēmas, kas var izgatavot daudzas detaļas pēc iespējas ātrāk. Šo koncepciju sauc par caurlaidspēju.

Starp līderiem šajā ziņā ir HP, kas gadiem ilgi pētīja tehnoloģiju, pirms beidzot atklāja tehnoloģijas, kas spēj ātri ražot gan plastmasu, gan metālu. 2D drukas gigants ir pārnesis savu pieredzi tintes drukas galviņu jomā uz 3D drukāšanu, izmantojot tehnoloģiju, ko sauc par Multi Jet Fusion (MJF). MJF jau tiek izmantots, lai ražotu lielas polimēru detaļu partijas visam no briļļu uz pārtikas preču boti.

Šis ir tikai sākums uzņēmumam, kas tagad ievieš savu Metal Jet tehnoloģiju. Tā ir tā sauktā “metāla saistvielas strūklas” forma, Metal Jet uzklāj šķidru saistvielu uz metāla pulvera, izveidojot komponentu, kas pēc tam jāsaķepina krāsnī. Tik lieli klienti kā Volkswagen iegulda tehnoloģijā, plānojot masveidā ražot līdz pat 100,000 XNUMX metāla detaļu ik gadu plaša patēriņa transportlīdzekļiem.

Tomēr HP nav vienīgais uzņēmums šajā strauji mainīgajā telpā. Plaši reklamēts starta uzņēmums Desktop Metal strādā, lai paātrinātu metāla saistvielu strūklu. Arī GE strādā pie savas tehnoloģijas versijas. Kopumā šie uzņēmumi ievada laikmetu, kurā zemu izmaksu metāla pulveri var izmantot, lai 3D drukātu lielu skaitu detaļu vienā darbā, potenciāli mainot metāla 3D drukāšanas izmaksu struktūru.

Tas nozīmē, ka viņi ieņems iedibinātos līderus metāla 3D drukāšanā, kas parasti balstās uz jaudīgu lāzera staru izkliedēšanu dārgos metāla pulveros. Šie uzņēmumi strādā arī pie caurlaidspējas palielināšanas, pievienojot līdz 12 lāzeriem savām mašīnām.

3D drukas rūpnīcas

Lai gan 3D printeru parks var ražot lielā apjomā, tas nenozīmē, ka tie noteikti iekļaujas esošajā rūpnīcas darbībā. Lielā mērā tas ir saistīts ar faktu, ka viņiem trūkst masveida ražošanas līmeņa programmatūras.

Tagad ir parādījušies daži jaunizveidoti uzņēmumi, lai pieņemtu izaicinājumu izstrādāt AM specifisku programmatūru ražošanas izpildes sistēmām (MES). Šie rīki ļauj gan pārvaldīt 3D printeru parku, gan savienot tos ar uzņēmuma esošo ražošanas programmatūru. Tie parasti palīdz visā pasūtīšanas līdz izgatavošanai darbplūsmā. Tas nozīmē pasūtījumu piedāvāšanu un izsekošanu, drukas failu sagatavošanu, drukas darbu uzraudzību un datu vākšanu, printeru parka rindošanu, kvalitātes kontroli un piegādi.

MES programmatūra obligāti savienojas ar uzņēmuma esošajiem programmatūras rīkiem. Tas ietver produktu dzīves cikla pārvaldību (PLM), uzņēmuma resursu plānošanu (ERP) un vispārīgu IT programmatūru. Lai gan PLM var ietvert uzņēmuma vēlamo 3D modelēšanas programmatūru, ERP veidos viss, sākot no algu programmām un beidzot ar rīkiem kopējo finanšu izsekošanai.

MES platformas tagad strādā, lai izmantotu visu programmatūru, ar kuru ražotājs jau strādā, un ievietotu 3D drukāšanu. Tomēr viņi neaprobežojas tikai ar AM. Daudzi IZM izstrādātāji meklē savienojumu ar citām ražošanas iekārtām, piemēram, CNC mašīnām. Pēc tam ar mašīnmācības palīdzību visu darbplūsmu var automātiski uzlabot, jo dati no katra pasūtījuma un katra mašīnas darba tiek atgriezti darba ciklā. Mākslīgais intelekts būtiski papildina MES programmatūras iespējas.

3D drukas kvalitātes kontrole

Iespējams, lielākais šķērslis plašai AM ieviešanai ir kvalitātes kontrole. Tas ir tāpēc, ka ar piedevu katra daļa ir atšķirīga. Katrs izveides platformas punkts var nedaudz atšķirties, un pat mazākās drukas parametra izmaiņas var mainīt drukātā objekta mikrostruktūru.

Savukārt objekts, kas nodrukāts vienā leņķī, nebūs tas pats, kas nodrukāts citā. Un, tā kā daļas tiek veidotas slāni pa slānim, ir grūti apstiprināt vienuma iekšējo ģeometriju, kad drukāšana ir pabeigta. Rezultātā vienīgais patiesais veids, kā nodrošināt drukātā objekta kvalitāti, ir CT skenēšana, kas parasti ir izmaksu ierobežojoša metode daudzu detaļu pārbaudei.

Par laimi, ne tikai ir jaunākas CT skenēšanas sistēmas ar zemākām cenu zīmēm, kas nonāk tirgū, taču ir arī citi rīki, kas tiek izmantoti, lai nodrošinātu drukāto detaļu kvalitāti. Starp tiem ir datorsimulācija. Uzņēmumi, piemēram, ANSYS, ir izstrādājuši programmatūru, kas var paredzēt jebkādus defektus, kas rodas drukāšanas procesā un kompensēt viņiem. Sešstūris sper šo soli tālāk prognozējot problēmas mikroskopiskā līmenī.

Tikmēr uzņēmumi, piemēram, Sigma Labs un Additive Assurance, ir izveidojuši aparatūru, lai uzraudzītu metāla 3D printeru konstrukcijas kameras, lai atklātu kļūdas. Arvien biežāk šie rīki nodrošinās aktīvu atgriezenisko saiti, lai iekārtas varētu ātri novērst problēmas drukāšanas procesa laikā. Savienojot ar MES programmatūru un 3D drukāšanas simulāciju, iekārta var mācīties no pagātnes kļūdām un novērst tās, pirms tās pat notiks nākotnē.

Kopumā šīs jomas attīstās neticamā ātrumā, galvenokārt tāpēc, ka ražotāji saskata vērtīgu iespēju pēc pieprasījuma ražot objektus no digitālajiem failiem. Tā kā tik lieli uzņēmumi kā Ford, GE un Siemens meklē 3D drukāšanu, lai ražotu kvalitatīvas gala daļas, tie virza visu piedevu tirgu, lai pielāgotos savām vajadzībām. Lai līdz gadsimta beigām sasniegtu milzīgus 50 miljardus USD, 3D drukas nozarei ir jāspēj izgatavot miljoniem detaļu šiem klientiem.