Tre områder som holder tilbake 10.6D-utskriftsindustrien på 3 milliarder dollar

Markedsundersøkelsesfirmaet SmarTech Analysis ga nylig ut sine data for additiv produksjon (AM)-industrien. Den slo fast at 2021D-utskriftssektoren nådde i 3 $ 10.6 milliarder i inntekter, eksklusive inntektene knyttet til maskinvarevedlikeholdskontrakter og etterbehandlingsutstyr. Firmaet anslår videre at AM forventes å vokse til over 50 milliarder dollar innen 2030.

Denne veksten er nært knyttet til trenden at store produsenter i økende grad vil bruke teknologien til masseproduksjon. For at AM skal kunne ta i bruk en bred skala, må den imidlertid utvikle seg betydelig på tre viktige og sammenhengende områder: gjennomstrømning, fabrikkintegrasjon og kvalitetskontroll. Heldigvis for bransjen er dette alle også saker som blir tatt opp aktivt.

3D-utskriftsgjennomstrømning

På grunn av sine røtter som en prototyping-teknologi, ble 3D-utskrift aldri designet med masseproduksjon i tankene. I stedet har dens evne til å lage komplekse former vært begrenset til engangsdeler eller små batch-produksjon. Av den grunn har firmaer over hele 3D-utskriftsindustrien jobbet med å utvikle systemer som kan lage mange deler så raskt som mulig, et konsept kjent som gjennomstrømning.

Blant lederne i denne forbindelse er HP, som brukte år på å forske på teknologien før de endelig avduket teknologier som er i stand til rask produksjon både i plast og metall. 2D-utskriftsgiganten har overført sin ekspertise innen blekkskrivehoder til 3D-utskrift med en teknologi kalt Multi Jet Fusion (MJF). MJF brukes allerede til å produsere store partier med polymerdeler til alt fra eyewear til bots for dagligvarer.

Dette er bare begynnelsen for selskapet, som nå ruller ut sin Metal Jet-teknologi. En form for det som kalles "metal binder jetting," Metal Jet avsetter et flytende bindemiddel på metallpulver, og skaper en komponent som deretter må sintres i en ovn. Så store kunder som Volkswagen investerer i teknologien med en plan om å masseprodusere opptil 100,000 XNUMX metallkomponenter årlig for forbrukerkjøretøyer.

HP er imidlertid ikke det eneste selskapet i dette raskt utviklende området. En mye publisert oppstart kalt Desktop Metal jobber for å øke hastigheten på metallbindesprøyting. GE jobber også med sin egen versjon av teknologien. Til sammen innleder disse selskapene en epoke der rimelige metallpulver kan brukes til å 3D-printe et stort antall deler i en enkelt jobb, og potensielt endre kostnadsstrukturen for metall 3D-utskrift totalt.

Dette betyr at de vil ta på seg de etablerte lederne innen 3D-utskrift av metall, som vanligvis er avhengige av å zappe kraftige laserstråler mot dyre metallpulver. Disse selskapene jobber også med å øke gjennomstrømningen ved å legge til opptil 12 lasere til maskinene deres.

3D-utskriftsfabrikker

Selv om en flåte av 3D-skrivere kan være i stand til å produsere i volum, betyr det ikke at de nødvendigvis vil passe inn i en eksisterende fabrikkdrift. I stor grad skyldes dette at de mangler programvare på masseproduksjonsnivå.

Nå har en håndfull startups dukket opp for å ta utfordringen med å utvikle AM-spesifikk programvare for produksjon av execution systems (MES). Disse verktøyene gjør det mulig å både administrere en flåte av 3D-printere og koble dem til en bedrifts eksisterende produksjonsprogramvare. De hjelper vanligvis i hele arbeidsflyten for ordre-til-fabrikasjon. Dette betyr bestillingstilbud og sporing, klargjøring av utskriftsfil, overvåking av utskriftsjobber og datainnsamling, kø for skriverflåte, kvalitetskontroll og frakt.

MES-programvare kobles nødvendigvis til en bedrifts eksisterende programvareverktøy. Dette inkluderer produktlivssyklusadministrasjon (PLM), enterprise resource planning (ERP) og generell IT-programvare. Mens PLM kan inkludere et selskaps foretrukne 3D-modelleringsprogramvare, vil ERP bestå av alt fra lønnsprogrammer til verktøy for å spore totaløkonomi.

MES-plattformer jobber nå med å ta all programvaren som en produsent kanskje allerede jobber med og sette inn 3D-utskrift i miksen. Imidlertid begrenser de seg ikke bare til AM. Mange MES-utviklere ønsker å koble seg til annet produksjonsutstyr, for eksempel CNC-maskiner. Deretter, ved hjelp av maskinlæring, kan hele arbeidsflyten forbedres automatisk ettersom data fra hver ordre og hver maskinjobb går tilbake til arbeidssyklusen. Kunstig intelligens øker i betydelig grad mulighetene til MES-programvare.

Kvalitetskontroll for 3D-utskrift

Den kanskje største hindringen for utbredt AM-adopsjon er kvalitetskontroll. Dette er fordi, med additiv, er hver del distinkt. Hvert punkt på byggeplattformen kan være litt annerledes, og selv den minste variasjon i en utskriftsparameter kan endre mikrostrukturen til det trykte objektet.

I sin tur vil et objekt skrevet ut i en vinkel ikke være det samme som et som er skrevet ut i en annen. Og fordi deler bygges opp lag for lag, er det vanskelig å validere de interne geometriene til en vare når utskriften er fullført. Som et resultat er den eneste sanne måten å sikre kvaliteten på et trykt objekt med en CT-skanning, vanligvis en kostnadsoverkommelig metode for å inspisere en rekke deler.

Heldigvis er det ikke bare nyere CT-skanningssystemer med lavere prislapper som kommer på markedet, men det er andre verktøy som brukes for å sikre kvaliteten på trykte deler. Blant dem er datasimulering. Selskaper som ANSYS har utviklet programvare som kan forutse eventuelle feil som oppstår under utskriftsprosessen og kompensere for dem. Hexagon tar dette et skritt videre forutsi problemer på mikroskopisk nivå.

I mellomtiden har firmaer som Sigma Labs og Additive Assurance laget maskinvare for å overvåke konstruksjonskamrene til metall 3D-skrivere for å oppdage feil. Disse verktøyene vil i økende grad muliggjøre aktiv tilbakemelding slik at maskinene raskt kan rette opp problemer under utskriftsprosessen. Når det er koblet til MES-programvare og 3D-utskriftsimulering, kan utstyret lære av tidligere feil og løse dem før de i det hele tatt skjer i fremtiden.

Alt i alt går disse områdene frem med utrolige hastigheter, i stor grad fordi produsenter ser verdien i å kunne produsere objekter fra digitale filer på etterspørsel. Ettersom selskaper så store som Ford, GE og Siemens ser på 3D-utskrift for å produsere endedeler av høy kvalitet, driver de hele additivmarkedet til å bøye seg etter deres behov. For å nå hele 50 milliarder dollar innen slutten av århundret, må 3D-utskriftsindustrien være i stand til å lage millioner av deler til disse kundene.