Τρεις περιοχές που συγκρατούν τη βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων $10.6 δις

Η εταιρεία έρευνας αγοράς SmarTech Analysis δημοσίευσε πρόσφατα τα δεδομένα της για τη βιομηχανία παραγωγής προσθέτων (AM). Καθόρισε ότι, το 2021, ο τομέας της τρισδιάστατης εκτύπωσης έφτασε $ 10.6 δισ. στα έσοδα, εξαιρουμένων των εσόδων που σχετίζονται με συμβόλαια συντήρησης υλικού και εξοπλισμού μετεπεξεργασίας. Η εταιρεία προβλέπει περαιτέρω ότι η AM αναμένεται να αυξηθεί σε πάνω από 50 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 2030.

Αυτή η ανάπτυξη συνδέεται στενά με την τάση ότι οι μεγάλοι κατασκευαστές θα χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο την τεχνολογία για μαζική παραγωγή. Ωστόσο, για να φτάσει η AM σε ευρεία υιοθέτηση, θα χρειαστεί να προχωρήσει σημαντικά σε τρεις κρίσιμους και αλληλένδετους τομείς: απόδοση, ενοποίηση εργοστασίων και έλεγχος ποιότητας. Ευτυχώς για τον κλάδο, όλα αυτά είναι επίσης ζητήματα που αντιμετωπίζονται ενεργά.

Τρισδιάστατη απόδοση εκτύπωσης

Λόγω των ριζών της ως τεχνολογίας πρωτοτύπων, η τρισδιάστατη εκτύπωση δεν σχεδιάστηκε ποτέ με γνώμονα τη μαζική παραγωγή. Αντίθετα, η ικανότητά του να δημιουργεί πολύπλοκα σχήματα έχει περιοριστεί σε μεμονωμένα εξαρτήματα ή σε μικρές παρτίδες κατασκευής. Για αυτόν τον λόγο, εταιρείες σε όλη τη βιομηχανία της τρισδιάστατης εκτύπωσης εργάζονται για να αναπτύξουν συστήματα που μπορούν να κατασκευάσουν πολλά εξαρτήματα όσο το δυνατόν γρηγορότερα, μια ιδέα γνωστή ως απόδοση.

Μεταξύ των κορυφαίων σε αυτό το θέμα είναι η HP, η οποία αφιέρωσε χρόνια ερευνώντας την τεχνολογία προτού τελικά αποκαλύψει τεχνολογίες ικανές για γρήγορη παραγωγή τόσο σε πλαστικά όσο και σε μέταλλα. Ο γίγαντας της 2D εκτύπωσης έχει μεταφέρει την τεχνογνωσία του στις κεφαλές εκτύπωσης inkjet σε τρισδιάστατη εκτύπωση με μια τεχνολογία που ονομάζεται Multi Jet Fusion (MJF). Το MJF χρησιμοποιείται ήδη για την παραγωγή μεγάλων παρτίδων πολυμερών εξαρτημάτων για τα πάντα γυαλιά προς την μποτ για παντοπωλεία.

Αυτή είναι μόνο η αρχή για την εταιρεία, η οποία τώρα λανσάρει την τεχνολογία Metal Jet. Μια μορφή αυτού που ονομάζεται "εκτόξευση μεταλλικού συνδετικού υλικού", το Metal Jet εναποθέτει ένα υγρό συνδετικό υλικό σε μεταλλική σκόνη, δημιουργώντας ένα συστατικό που πρέπει στη συνέχεια να πυροσυσσωματωθεί σε έναν κλίβανο. Πελάτες τόσο μεγάλοι όσο η Volkswagen επενδύουν στην τεχνολογία με ένα σχέδιο μαζικής παραγωγής μέχρι 100,000 μεταλλικά εξαρτήματα ετησίως για καταναλωτικά οχήματα.

Ωστόσο, η HP δεν είναι η μόνη εταιρεία σε αυτόν τον ταχέως εξελισσόμενο χώρο. Μια ευρέως δημοσιοποιημένη startup που ονομάζεται Desktop Metal εργάζεται για να επιταχύνει την εκτόξευση μεταλλικών συνδετικών. Η GE, επίσης, εργάζεται στη δική της έκδοση της τεχνολογίας. Συνολικά, αυτές οι εταιρείες εγκαινιάζουν μια εποχή κατά την οποία οι μεταλλικές σκόνες χαμηλού κόστους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την τρισδιάστατη εκτύπωση μεγάλου αριθμού εξαρτημάτων σε μία μόνο εργασία, αλλάζοντας δυνητικά τη δομή του κόστους για την τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων.

Αυτό σημαίνει ότι θα αναλάβουν τους καθιερωμένους ηγέτες στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων, οι οποίοι συνήθως βασίζονται στο ζάπινγκ ακτίνων λέιζερ υψηλής ισχύος σε ακριβές μεταλλικές σκόνες. Αυτές οι εταιρείες εργάζονται για την αύξηση της απόδοσης, επίσης, προσθέτοντας έως 12 λέιζερ στις μηχανές τους.

Εργοστάσια τρισδιάστατων εκτυπώσεων

Ενώ ένας στόλος τρισδιάστατων εκτυπωτών μπορεί να είναι ικανός να κατασκευάζει σε όγκο, αυτό δεν σημαίνει ότι θα ταιριάζουν απαραίτητα σε μια υπάρχουσα εργοστασιακή λειτουργία. Σε μεγάλο βαθμό, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν διαθέτουν λογισμικό σε επίπεδο μαζικής παραγωγής.

Τώρα, μια χούφτα startups έχουν εμφανιστεί για να ανταποκριθούν στην πρόκληση της ανάπτυξης λογισμικού ειδικού για την AM για συστήματα παραγωγής εκτέλεσης (MES). Αυτά τα εργαλεία καθιστούν δυνατή τόσο τη διαχείριση ενός στόλου τρισδιάστατων εκτυπωτών όσο και τη σύνδεσή τους με το υπάρχον λογισμικό παραγωγής μιας εταιρείας. Συνήθως βοηθούν σε ολόκληρη τη ροή εργασιών από παραγγελία έως κατασκευή. Αυτό σημαίνει προσφορά και παρακολούθηση παραγγελιών, προετοιμασία αρχείων εκτύπωσης, παρακολούθηση εργασιών εκτύπωσης και συλλογή δεδομένων, ουρά στόλου εκτυπωτών, έλεγχος ποιότητας και αποστολή.

Το λογισμικό MES συνδέεται απαραίτητα με τα υπάρχοντα εργαλεία λογισμικού μιας επιχείρησης. Αυτό περιλαμβάνει τη διαχείριση κύκλου ζωής προϊόντος (PLM), τον προγραμματισμό πόρων της επιχείρησης (ERP) και γενικό λογισμικό πληροφορικής. Ενώ το PLM μπορεί να περιλαμβάνει το προτιμώμενο λογισμικό τρισδιάστατης μοντελοποίησης μιας εταιρείας, το ERP θα αποτελείται από τα πάντα, από προγράμματα μισθοδοσίας έως εργαλεία για την παρακολούθηση των συνολικών οικονομικών.

Οι πλατφόρμες MES εργάζονται τώρα για να πάρουν όλο το λογισμικό με το οποίο μπορεί ήδη να εργάζεται ένας κατασκευαστής και να εισάγει τρισδιάστατη εκτύπωση στο μείγμα. Ωστόσο, δεν περιορίζονται μόνο στο AM. Πολλοί προγραμματιστές MES αναζητούν να συνδεθούν με άλλο εξοπλισμό παραγωγής, όπως μηχανές CNC. Στη συνέχεια, με τη βοήθεια της μηχανικής εκμάθησης, ολόκληρη η ροή εργασίας μπορεί να βελτιωθεί αυτόματα καθώς τα δεδομένα από κάθε παραγγελία και κάθε εργασία μηχανής ανατροφοδοτούνται στον κύκλο εργασίας. Η τεχνητή νοημοσύνη προσθέτει σημαντικά τις δυνατότητες του λογισμικού MES.

Έλεγχος ποιότητας τρισδιάστατης εκτύπωσης

Ίσως το μεγαλύτερο εμπόδιο για την ευρεία υιοθέτηση του AM είναι ο ποιοτικός έλεγχος. Αυτό συμβαίνει επειδή, με το πρόσθετο, κάθε μέρος είναι ξεχωριστό. Κάθε σημείο στην πλατφόρμα κατασκευής μπορεί να είναι ελαφρώς διαφορετικό και ακόμη και η παραμικρή μεταβολή σε μια παράμετρο εκτύπωσης μπορεί να αλλάξει τη μικροδομή του εκτυπωμένου αντικειμένου.

Με τη σειρά του, ένα αντικείμενο που εκτυπώνεται σε μια γωνία δεν θα είναι το ίδιο με αυτό που εκτυπώνεται σε μια άλλη. Και, επειδή τα μέρη δημιουργούνται στρώμα-στρώμα, είναι δύσκολο να επικυρωθούν οι εσωτερικές γεωμετρίες ενός αντικειμένου μόλις ολοκληρωθεί η εκτύπωση. Ως αποτέλεσμα, ο μόνος αληθινός τρόπος για να διασφαλιστεί η ποιότητα ενός εκτυπωμένου αντικειμένου είναι με μια αξονική τομογραφία, μια τυπικά απαγορευτική μέθοδος για την επιθεώρηση πολλών εξαρτημάτων.

Ευτυχώς, όχι μόνο είναι νεότερα συστήματα αξονικής σάρωσης με χαμηλότερες τιμές που έρχονται στην αγορά, αλλά υπάρχουν και άλλα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τη διασφάλιση της ποιότητας των τυπωμένων ανταλλακτικών. Μεταξύ αυτών είναι η προσομοίωση υπολογιστή. Εταιρείες όπως η ANSYS έχουν αναπτύξει λογισμικό που μπορεί να προβλέψει τυχόν ελαττώματα που προκύψουν κατά τη διαδικασία εκτύπωσης και αποζημιώνω για αυτούς. Το Hexagon το κάνει ένα βήμα παραπέρα πρόβλεψη ζητημάτων σε μικροσκοπικό επίπεδο.

Εν τω μεταξύ, εταιρείες όπως η Sigma Labs και η Additive Assurance έχουν δημιουργήσει υλικό για την παρακολούθηση των θαλάμων κατασκευής μεταλλικών τρισδιάστατων εκτυπωτών για τον εντοπισμό σφαλμάτων. Όλο και περισσότερο, αυτά τα εργαλεία θα επιτρέπουν την ενεργή ανάδραση, έτσι ώστε τα μηχανήματα να μπορούν να διορθώνουν γρήγορα προβλήματα κατά τη διαδικασία εκτύπωσης. Όταν συνδέεται με λογισμικό MES και προσομοίωση τρισδιάστατης εκτύπωσης, ο εξοπλισμός μπορεί να μάθει από λάθη του παρελθόντος και να τα αντιμετωπίσει πριν καν συμβούν στο μέλλον.

Συνολικά, αυτοί οι τομείς προχωρούν με απίστευτους ρυθμούς, σε μεγάλο βαθμό επειδή οι κατασκευαστές βλέπουν την αξία στο να μπορούν να παράγουν αντικείμενα από ψηφιακά αρχεία κατά παραγγελία. Καθώς εταιρείες τόσο μεγάλες όπως η Ford, η GE και η Siemens προσβλέπουν στην τρισδιάστατη εκτύπωση για να παράγουν ποιοτικά τελικά εξαρτήματα, οδηγούν ολόκληρη την αγορά προσθέτων να ανταποκρίνεται στις ανάγκες τους. Για να φτάσει τα τεράστια 3 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το τέλος του αιώνα, η βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων πρέπει να είναι σε θέση να παράγει εκατομμύρια ανταλλακτικά για αυτούς τους πελάτες.