Tři oblasti brzdí průmysl 10.6D tisku v hodnotě 3 miliardy dolarů

Společnost pro průzkum trhu SmarTech Analysis nedávno zveřejnila svá data pro průmysl aditivní výroby (AM). Zjistilo se, že v roce 2021 dosáhl sektor 3D tisku $ 10.6 miliardy ve výnosech, s výjimkou výnosů spojených se smlouvami na údržbu hardwaru a zařízení pro následné zpracování. Firma dále předpokládá, že se očekává, že AM do roku 50 vzroste na více než 2030 miliard dolarů.

Tento růst úzce souvisí s trendem, že velcí výrobci budou stále více využívat technologii pro hromadnou výrobu. Aby však AM dosáhlo širokého přijetí, bude muset výrazně pokročit ve třech klíčových a vzájemně souvisejících oblastech: propustnost, integrace továren a kontrola kvality. Naštěstí pro průmysl jsou to všechno také problémy, které se aktivně řeší.

Propustnost 3D tisku

Vzhledem ke svým kořenům jako technologie prototypování nebyl 3D tisk nikdy navržen s ohledem na hromadnou výrobu. Místo toho byla jeho schopnost vytvářet složité tvary omezena na jednorázové díly nebo malosériovou výrobu. Z tohoto důvodu firmy napříč průmyslem 3D tisku pracují na vývoji systémů, které dokážou vyrobit mnoho dílů co nejrychleji, což je koncept známý jako propustnost.

Mezi lídry v tomto ohledu patří společnost HP, která strávila roky výzkumem technologie, než konečně odhalila technologie schopné rychlé výroby jak v plastech, tak v kovech. Gigant 2D tisku přenesl své odborné znalosti v oblasti inkoustových tiskových hlav na 3D tisk s technologií nazvanou Multi Jet Fusion (MJF). MJF se již používá k výrobě velkých sérií polymerových dílů pro všechno možné brýle na roboti s potravinami.

Toto je jen začátek pro společnost, která nyní zavádí svou technologii Metal Jet. Forma toho, čemu se říká „tryskání kovového pojiva“, Metal Jet nanáší tekuté pojivo na kovový prášek, čímž vzniká součást, která musí být poté slinována v peci. Zákazníci tak velcí jako Volkswagen investují do technologie s plánem masové výroby až 100,000 XNUMX kovových součástek ročně pro spotřebitelská vozidla.

HP však není jedinou společností v tomto rychle se vyvíjejícím prostoru. Široce propagovaný startup s názvem Desktop Metal pracuje na urychlení tryskání kovových pojiv. GE také pracuje na své vlastní verzi technologie. Celkově tyto společnosti zahajují éru, ve které lze levné kovové prášky používat k 3D tisku velkého počtu dílů v jedné zakázce, což potenciálně zcela mění strukturu nákladů na kovový 3D tisk.

To znamená, že se postaví proti zavedeným lídrům v oblasti 3D tisku kovů, kteří se obvykle spoléhají na vysoce výkonné laserové paprsky na drahé kovové prášky. Tyto společnosti pracují na zvýšení propustnosti také přidáváním až 12 laserů na jejich stroje.

Továrny na 3D tisk

I když může být flotila 3D tiskáren schopna vyrábět ve velkém, neznamená to, že se nezbytně budou hodit do stávajícího továrního provozu. Z velké části je to způsobeno tím, že jim chybí software na úrovni sériové výroby.

Nyní se objevila hrstka startupů, které přijaly výzvu vývoje softwaru specifického pro AM pro výrobní exekuční systémy (MES). Tyto nástroje umožňují jak spravovat flotilu 3D tiskáren, tak je propojovat se stávajícím produkčním softwarem společnosti. Obvykle pomáhají v celém pracovním postupu od objednávky k výrobě. To znamená cenové nabídky a sledování objednávek, příprava tiskového souboru, sledování tiskových úloh a sběr dat, řazení tiskáren do fronty, kontrola kvality a expedice.

Software MES se nutně připojuje k existujícím softwarovým nástrojům podniku. To zahrnuje správu životního cyklu produktu (PLM), plánování podnikových zdrojů (ERP) a obecný IT software. Zatímco PLM může zahrnovat preferovaný software pro 3D modelování společnosti, ERP se bude skládat ze všeho od mzdových programů po nástroje pro sledování celkových financí.

Platformy MES nyní pracují na tom, aby převzaly veškerý software, se kterým by již výrobce mohl pracovat, a vložily do mixu 3D tisk. Neomezují se však pouze na AM. Mnoho vývojářů MES se snaží propojit s jiným výrobním zařízením, jako jsou CNC stroje. Poté lze s pomocí strojového učení celý pracovní postup automaticky vylepšit, protože data z každé objednávky a každé úlohy stroje se vracejí zpět do pracovního cyklu. Umělá inteligence výrazně rozšiřuje možnosti softwaru MES.

Kontrola kvality 3D tisku

Snad největší překážkou širokého přijetí AM je kontrola kvality. Je to proto, že s aditivem je každá část odlišná. Každý bod na platformě se může mírně lišit a i sebemenší změna v parametru tisku může změnit mikrostrukturu tištěného objektu.

Objekt vytištěný pod jedním úhlem zase nebude stejný jako objekt vytištěný pod jiným. A protože se díly skládají vrstvu po vrstvě, je obtížné ověřit vnitřní geometrii položky po dokončení tisku. Výsledkem je, že jediným skutečným způsobem, jak zajistit kvalitu vytištěného předmětu, je skenování CT, což je obvykle cenově nedostupná metoda pro kontrolu velkého množství součástí.

Naštěstí nejen jsou novější CT skenovací systémy s nižšími cenovkami přicházejí na trh, ale pro zajištění kvality tištěných dílů se používají další nástroje. Mezi nimi je počítačová simulace. Společnosti jako ANSYS vyvinuly software, který dokáže předvídat jakékoli vady, které se vyskytnou během procesu tisku a kompenzovat pro ně. Hexagon jde ještě o krok dále předvídání problémů na mikroskopické úrovni.

Mezitím firmy jako Sigma Labs a Additive Assurance vytvořily hardware pro monitorování konstrukčních komor kovových 3D tiskáren, aby detekovaly chyby. Tyto nástroje budou stále více umožňovat aktivní zpětnou vazbu, aby stroje mohly rychle opravit problémy během procesu tisku. Když je zařízení propojeno se softwarem MES a simulací 3D tisku, může se poučit z minulých chyb a řešit je dříve, než k nim v budoucnu vůbec dojde.

Celkově tyto oblasti postupují neuvěřitelnou rychlostí, z velké části proto, že výrobci vidí hodnotu v tom, že jsou schopni vyrábět objekty z digitálních souborů na vyžádání. Vzhledem k tomu, že společnosti tak velké jako Ford, GE a Siemens využívají 3D tisk k výrobě kvalitních koncových dílů, nutí celý trh aditiv, aby se přizpůsobil jejich potřebám. Aby průmysl 50D tisku dosáhl do konce století neuvěřitelných 3 miliard dolarů, musí být schopen pro tyto zákazníky vyrobit miliony dílů.