Tatlong Lugar na Pinipigilan Ang $10.6B 3D Printing Industry

Ang kumpanya ng pananaliksik sa merkado na SmarTech Analysis ay naglabas kamakailan ng data nito para sa industriya ng additive manufacturing (AM). Natukoy nito na, noong 2021, naabot ang sektor ng 3D printing $ 10.6 bilyon sa kita, hindi kasama ang mga kita na nauugnay sa mga kontrata sa pagpapanatili ng hardware at post-processing equipment. Ang kumpanya ay karagdagang mga proyekto na ang AM ay inaasahang lalago sa higit sa $50 bilyon sa 2030.

Ang paglago na ito ay malapit na naka-pin sa trend na ang mga malalaking tagagawa ay lalong gagamit ng teknolohiya para sa mass production. Gayunpaman, upang maabot ng AM ang malawakang pag-aampon, kakailanganin nitong sumulong nang malaki sa tatlong mahalaga at magkakaugnay na mga lugar: throughput, pagsasama ng pabrika, at kontrol sa kalidad. Sa kabutihang palad para sa industriya, ang lahat ng ito ay mga isyu din na aktibong tinutugunan.

3D Printing Throughput

Dahil sa mga ugat nito bilang isang teknolohiyang prototyping, hindi kailanman idinisenyo ang 3D printing na nasa isip ang mass production. Sa halip, ang kakayahang lumikha ng mga kumplikadong hugis ay limitado sa mga one-off na bahagi o maliit na batch na pagmamanupaktura. Para sa kadahilanang iyon, ang mga kumpanya sa buong industriya ng pag-print ng 3D ay nagtatrabaho upang bumuo ng mga system na maaaring gumawa ng maraming bahagi nang mabilis hangga't maaari, isang konsepto na kilala bilang throughput.

Kabilang sa mga nangunguna sa bagay na ito ay ang HP, na gumugol ng maraming taon sa pagsasaliksik sa teknolohiya bago tuluyang inilabas ang mga teknolohiyang may kakayahang mabilis na produksyon kapwa sa mga plastik at metal. Ang 2D printing giant ay nag-port ng kanyang kadalubhasaan sa inkjet printheads sa 3D printing gamit ang isang teknolohiyang tinatawag na Multi Jet Fusion (MJF). Ginagamit na ang MJF upang makagawa ng malalaking batch ng mga bahagi ng polimer para sa lahat mula sa eyewear sa mga bot ng grocery.

Ito ay simula pa lamang para sa kumpanya, na ngayon ay naglalabas ng teknolohiyang Metal Jet nito. Isang anyo ng tinatawag na "metal binder jetting," ang Metal Jet ay nagdedeposito ng likidong binder sa pulbos na metal, na lumilikha ng isang bahagi na pagkatapos ay dapat na sintered sa isang pugon. Ang mga customer na kasing laki ng Volkswagen ay namumuhunan sa teknolohiya na may planong mass produce hanggang sa 100,000 mga bahagi ng metal taun-taon para sa mga consumer na sasakyan.

Gayunpaman, ang HP ay hindi lamang ang kumpanya sa mabilis na umuusbong na espasyo. Ang isang malawakang isinapubliko na startup na tinatawag na Desktop Metal ay nagtatrabaho upang pabilisin ang pag-jetting ng metal binder. Ang GE, masyadong, ay gumagawa sa sarili nitong bersyon ng teknolohiya. Sa kabuuan, ang mga kumpanyang ito ay nagsisimula sa isang panahon kung saan ang mga murang metal na pulbos ay maaaring gamitin sa 3D na pag-print ng malalaking bilang ng mga bahagi sa isang trabaho, na potensyal na baguhin ang istraktura ng gastos para sa metal na 3D na pag-print sa kabuuan.

Nangangahulugan ito na haharapin nila ang mga naitatag na pinuno sa metal 3D printing, na karaniwang umaasa sa pag-zapping ng mga high powered laser beam sa mga mamahaling metal powder. Ang mga kumpanyang ito ay nagtatrabaho sa pagtaas ng throughput, pati na rin, sa pamamagitan ng pagdaragdag hanggang 12 lasers sa kanilang mga makina.

Mga Pabrika ng 3D Printing

Bagama't ang isang fleet ng mga 3D printer ay maaaring may kakayahang gumawa sa dami, hindi iyon nangangahulugan na ang mga ito ay kinakailangang magkasya sa isang kasalukuyang operasyon ng pabrika. Sa malaking bahagi, ito ay dahil sa kakulangan nila ng mass production-level na software.

Ngayon, isang maliit na bilang ng mga startup ang lumitaw upang harapin ang hamon ng pagbuo ng software na partikular sa AM para sa mga manufacturing execution system (MES). Ginagawang posible ng mga tool na ito na parehong pamahalaan ang isang fleet ng mga 3D printer at ikonekta ang mga ito sa kasalukuyang production software ng isang kumpanya. Karaniwan silang tumutulong sa buong order-to-fabrication workflow. Nangangahulugan ito ng pag-quote at pagsubaybay ng order, paghahanda sa pag-print ng file, pagsubaybay sa trabaho sa pag-print at pagkolekta ng data, pagpila ng fleet ng printer, kontrol sa kalidad, at pagpapadala.

Ang software ng MES ay kinakailangang kumokonekta sa mga umiiral nang software tool ng isang negosyo. Kabilang dito ang product lifecycle management (PLM), enterprise resource planning (ERP), at pangkalahatang IT software. Bagama't maaaring isama ng PLM ang gustong 3D modeling software ng kumpanya, ang ERP ay bubuuin ng lahat mula sa mga payroll program hanggang sa mga tool para sa pagsubaybay sa pangkalahatang pananalapi.

Ang mga platform ng MES ay nagtatrabaho na ngayon upang kunin ang lahat ng software na maaaring ginagamit na ng isang tagagawa at ipasok ang 3D printing sa halo. Gayunpaman, hindi lang nila nililimitahan ang kanilang sarili sa AM. Maraming mga developer ng MES ang naghahanap upang kumonekta sa iba pang kagamitan sa produksyon, tulad ng mga CNC machine. Pagkatapos, sa tulong ng machine learning, ang buong workflow ay maaaring awtomatikong mapabuti habang ang data mula sa bawat order at ang bawat machine job ay bumalik sa work cycle. Ang artificial intelligence ay makabuluhang nagdaragdag sa mga kakayahan ng MES software.

Kontrol sa Kalidad ng 3D Printing

Marahil ang pinakamalaking hadlang sa malawakang paggamit ng AM ay ang kontrol sa kalidad. Ito ay dahil, na may additive, ang bawat bahagi ay naiiba. Ang bawat punto sa build platform ay maaaring bahagyang naiiba at kahit na ang pinakamaliit na pagkakaiba-iba sa isang parameter ng pag-print ay maaaring magbago sa microstructure ng naka-print na bagay.

Sa turn, ang isang bagay na naka-print sa isang anggulo ay hindi magiging katulad ng isang naka-print sa isa pa. At, dahil ang mga bahagi ay binubuo ng patong-patong, mahirap i-validate ang mga panloob na geometries ng isang item kapag nakumpleto na ang pag-print. Bilang resulta, ang tanging tunay na paraan upang matiyak ang kalidad ng isang naka-print na bagay ay sa pamamagitan ng isang CT scan, karaniwang isang paraan ng pagpigil sa gastos para sa pag-inspeksyon ng maraming bahagi.

Sa kabutihang palad, hindi lamang ay mas bagong CT scanning system na may mas mababang mga tag ng presyo na darating sa merkado, ngunit may iba pang mga tool na ginagamit upang matiyak ang kalidad ng mga naka-print na bahagi. Kabilang sa mga ito ay ang computer simulation. Ang mga kumpanyang tulad ng ANSYS ay nakabuo ng software na maaaring mahulaan ang anumang mga depekto na magaganap sa panahon ng proseso ng pag-print at magbayad para sa kanila. Ang Hexagon ay nagpapatuloy ng isang hakbang paghula ng mga isyu sa antas ng mikroskopiko.

Samantala, ang mga kumpanya tulad ng Sigma Labs at Additive Assurance ay lumikha ng hardware upang subaybayan ang mga build chamber ng mga metal na 3D printer upang makakita ng mga error. Parami nang parami, ang mga tool na ito ay magbibigay-daan sa aktibong feedback upang mabilis na maitama ng mga makina ang mga isyu sa panahon ng proseso ng pag-print. Kapag konektado sa MES software at 3D printing simulation, ang kagamitan ay maaaring matuto mula sa mga nakaraang error at matugunan ang mga ito bago pa man mangyari ang mga ito sa hinaharap.

Sa kabuuan, ang mga lugar na ito ay sumusulong sa hindi kapani-paniwalang mga rate, sa malaking bahagi dahil nakikita ng mga tagagawa ang halaga sa kakayahang makagawa ng mga bagay mula sa mga digital na file kapag hinihiling. Habang ang mga kumpanyang kasing laki ng Ford, GE, at Siemens ay tumitingin sa 3D printing upang makagawa ng mga de-kalidad na bahagi ng pagtatapos, hinihimok nila ang buong additive market na tumugon sa kanilang mga pangangailangan. Upang maabot ang napakalaking $50 bilyon sa pagtatapos ng siglo, ang industriya ng 3D na pag-imprenta ay kailangang may kakayahang gumawa ng milyun-milyong bahagi para sa mga customer na iyon.