Tre områder holder $10.6 mia. 3D-printindustrien tilbage

Markedsundersøgelsesfirmaet SmarTech Analysis udgav for nylig sine data for den additive fremstillingsindustri (AM). Det fastslog, at 2021D-printsektoren nåede i 3 $ 10.6 milliarder i omsætning, eksklusive indtægter forbundet med hardwarevedligeholdelseskontrakter og efterbehandlingsudstyr. Firmaet forudser yderligere, at AM forventes at vokse til over 50 milliarder dollars i 2030.

Denne vækst hænger tæt sammen med tendensen til, at store producenter i stigende grad vil bruge teknologien til masseproduktion. Men for at AM kan nå ud i bred skala, skal den udvikle sig betydeligt på tre afgørende og indbyrdes forbundne områder: gennemstrømning, fabriksintegration og kvalitetskontrol. Heldigvis for branchen er det alle sammen også emner, der bliver taget aktivt fat på.

3D-printgennemstrømning

På grund af sine rødder som en prototyping-teknologi blev 3D-print aldrig designet med masseproduktion i tankerne. I stedet har dens evne til at skabe komplekse former været begrænset til enkeltstående dele eller fremstilling af små partier. Af den grund har firmaer på tværs af 3D-printindustrien arbejdet på at udvikle systemer, der kan lave mange dele så hurtigt som muligt, et koncept kendt som gennemløb.

Blandt de førende i denne henseende er HP, som brugte år på at undersøge teknologien, før de endelig afslørede teknologier, der er i stand til hurtig produktion både i plast og metaller. 2D-printgiganten har overført sin ekspertise inden for inkjet-printhoveder til 3D-print med en teknologi kaldet Multi Jet Fusion (MJF). MJF bliver allerede brugt til at producere store partier af polymerdele til alt fra briller til købmand bots.

Dette er kun begyndelsen for virksomheden, som nu udruller sin Metal Jet-teknologi. En form for det, der kaldes "metal binder jetting", Metal Jet afsætter et flydende bindemiddel på metalpulver, hvilket skaber en komponent, der derefter skal sintres i en ovn. Så store kunder som Volkswagen investerer i teknologien med en plan om at masseproducere op til 100,000 metalkomponenter årligt for forbrugerbiler.

HP er dog ikke den eneste virksomhed i dette hurtigt udviklende område. En bredt omtalt startup kaldet Desktop Metal arbejder på at fremskynde metalbinderudsprøjtning. GE arbejder også på sin egen version af teknologien. Alt i alt indleder disse virksomheder en æra, hvor billige metalpulvere kan bruges til at 3D-printe et stort antal dele i et enkelt job, hvilket potentielt ændrer omkostningsstrukturen for metal 3D-printning totalt.

Det betyder, at de vil tage fat på de etablerede ledere inden for metal 3D-print, som typisk er afhængige af at zappe højeffekt laserstråler mod dyre metalpulvere. Disse virksomheder arbejder også på at øge gennemstrømningen ved at tilføje op til 12 lasere til deres maskiner.

3D-printfabrikker

Selvom en flåde af 3D-printere kan være i stand til at producere i volumen, betyder det ikke, at de nødvendigvis passer ind i en eksisterende fabriksdrift. For en stor dels vedkommende skyldes det, at de mangler software på masseproduktionsniveau.

Nu er en håndfuld startups dukket op for at tage udfordringen op med at udvikle AM-specifik software til fremstilling af eksekveringssystemer (MES). Disse værktøjer gør det muligt både at administrere en flåde af 3D-printere og forbinde dem med en virksomheds eksisterende produktionssoftware. De hjælper typisk i hele ordre-til-fabrikations-workflowet. Det betyder ordretilbud og sporing, forberedelse af printfil, overvågning af printjob og dataindsamling, printerflådekø, kvalitetskontrol og forsendelse.

MES-software forbindes nødvendigvis med en virksomheds eksisterende softwareværktøjer. Dette omfatter produktlivscyklusstyring (PLM), enterprise resource planning (ERP) og generel it-software. Mens PLM kan inkludere en virksomheds foretrukne 3D-modelleringssoftware, vil ERP bestå af alt fra lønprogrammer til værktøjer til at spore overordnede økonomier.

MES-platforme arbejder nu på at tage al den software, som en producent måske allerede arbejder med, og indsætte 3D-print i blandingen. Men de begrænser sig ikke kun til AM. Mange MES-udviklere søger at forbinde med andet produktionsudstyr, såsom CNC-maskiner. Derefter kan hele arbejdsgangen ved hjælp af maskinlæring forbedres automatisk, da data fra hver ordre og hvert maskinjob føres tilbage til arbejdscyklussen. Kunstig intelligens øger markant MES-softwarens muligheder.

Kvalitetskontrol af 3D-print

Den måske største hindring for udbredt AM-adoption er kvalitetskontrol. Dette skyldes, at hver del med additiv er særskilt. Hvert punkt på byggeplatformen kan være lidt anderledes, og selv den mindste variation i en udskrivningsparameter kan ændre mikrostrukturen af ​​det udskrevne objekt.

Til gengæld vil et objekt, der er printet i én vinkel, ikke være det samme som et printet i en anden. Og fordi dele er bygget op lag for lag, er det vanskeligt at validere de interne geometrier af en vare, når først udskrivningen er færdig. Som følge heraf er den eneste sande måde at sikre kvaliteten af ​​et trykt objekt med en CT-scanning, typisk en omkostningsfri metode til inspektion af mange dele.

Heldigvis er det ikke kun nyere CT-scanningssystemer med lavere prisskilte, der kommer på markedet, men der er andre værktøjer, der bliver brugt til at sikre kvaliteten af ​​trykte dele. Blandt dem er computersimulering. Virksomheder som ANSYS har udviklet software, der kan forudse eventuelle defekter, der opstår under udskrivningsprocessen og kompensere for dem. Hexagon tager dette et skridt videre forudsige problemer på mikroskopisk niveau.

I mellemtiden har firmaer som Sigma Labs og Additive Assurance skabt hardware til at overvåge bygningskamrene i metal 3D-printere for at opdage fejl. Disse værktøjer vil i stigende grad muliggøre aktiv feedback, så maskinerne hurtigt kan rette problemer under udskrivningsprocessen. Når udstyret er forbundet med MES-software og 3D-printsimulering, kan udstyret lære af tidligere fejl og løse dem, før de overhovedet sker i fremtiden.

Alt i alt udvikler disse områder sig med utrolige hastigheder, i høj grad fordi producenter ser værdien i at kunne producere objekter fra digitale filer efter behov. Da virksomheder så store som Ford, GE og Siemens ser på 3D-print for at producere kvalitets endedele, driver de hele additivmarkedet til at bøje sig efter deres behov. For at nå op på hele $50 milliarder inden udgangen af ​​århundredet skal 3D-printindustrien være i stand til at lave millioner af dele til disse kunder.