Tre områden som håller tillbaka 10.6D-utskriftsindustrin på 3 miljarder dollar

Marknadsundersökningsföretaget SmarTech Analysis släppte nyligen sina data för additiv tillverkningsindustrin (AM). Den fastställde att 2021D-utskriftssektorn nådde 3 $ 10.6 miljarder i intäkter, exklusive de intäkter som är förknippade med hårdvaruunderhållskontrakt och efterbehandlingsutrustning. Företaget räknar vidare med att AM förväntas växa till över 50 miljarder dollar år 2030.

Denna tillväxt är nära knuten till trenden att stora tillverkare i allt högre grad kommer att använda tekniken för massproduktion. Men för att AM ska nå storskalig användning måste den göra avsevärda framsteg inom tre avgörande och sammanlänkade områden: genomströmning, fabriksintegration och kvalitetskontroll. Lyckligtvis för branschen är det alla också frågor som tas upp aktivt.

3D-utskriftskapacitet

På grund av dess rötter som en prototypteknik designades 3D-utskrift aldrig med massproduktion i åtanke. Istället har dess förmåga att skapa komplexa former begränsats till engångsdelar eller tillverkning av små partier. Av den anledningen har företag över hela 3D-utskriftsindustrin arbetat med att utveckla system som kan göra många delar så snabbt som möjligt, ett koncept som kallas genomströmning.

Bland de ledande i detta avseende finns HP, som ägnat flera år åt att undersöka tekniken innan de slutligen avslöjade teknologier som kan snabbt producera både i plast och metall. 2D-utskriftsjätten har överfört sin expertis inom bläckstråleskrivhuvuden till 3D-utskrift med en teknik som kallas Multi Jet Fusion (MJF). MJF används redan för att tillverka stora partier av polymerdelar till allt från glasögon till livsmedelsbutiker bots.

Detta är bara början för företaget som nu rullar ut sin Metal Jet-teknik. En form av vad som kallas "metallbindemedelssprutning", Metal Jet avsätter ett flytande bindemedel på metallpulver och skapar en komponent som sedan måste sintras i en ugn. Så stora kunder som Volkswagen investerar i tekniken med en plan att massproducera upp till 100,000 XNUMX metallkomponenter årligen för konsumentfordon.

HP är dock inte det enda företaget i detta snabbt växande område. En allmänt publicerad startup som heter Desktop Metal arbetar för att påskynda metallbindemedelssprutning. Även GE arbetar på sin egen version av tekniken. Sammantaget inleder dessa företag en era där billiga metallpulver kan användas för att 3D-skriva ut ett stort antal delar i ett enda jobb, vilket potentiellt förändrar kostnadsstrukturen för metall 3D-utskrift helt och hållet.

Detta innebär att de kommer att ta sig an de etablerade ledarna inom 3D-utskrift av metall, som vanligtvis förlitar sig på att zappa högdrivna laserstrålar mot dyra metallpulver. Dessa företag arbetar också med att öka genomströmningen genom att lägga till upp till 12 lasrar till sina maskiner.

3D-utskriftsfabriker

Även om en flotta av 3D-skrivare kan vara kapabla att tillverka i volym, betyder det inte att de nödvändigtvis passar in i en befintlig fabriksverksamhet. Till stor del beror detta på att de saknar mjukvara på massproduktionsnivå.

Nu har en handfull startups dykt upp för att anta utmaningen att utveckla AM-specifik programvara för tillverkning av exekveringssystem (MES). Dessa verktyg gör det möjligt att både hantera en flotta av 3D-skrivare och koppla dem till ett företags befintliga produktionsprogramvara. De hjälper vanligtvis till med hela arbetsflödet från beställning till tillverkning. Detta innebär ordergivning och spårning, förberedelse av utskriftsfiler, övervakning av utskriftsjobb och datainsamling, köer för skrivarflotta, kvalitetskontroll och frakt.

MES-mjukvaran ansluter med nödvändighet till ett företags befintliga mjukvaruverktyg. Detta inkluderar produktlivscykelhantering (PLM), företagsresursplanering (ERP) och allmän IT-mjukvara. Även om PLM kan innehålla ett företags föredragna 3D-modelleringsprogram, kommer ERP att bestå av allt från löneprogram till verktyg för att spåra övergripande ekonomi.

MES-plattformar arbetar nu för att ta all programvara som en tillverkare kanske redan arbetar med och infoga 3D-utskrift i mixen. Men de begränsar sig inte bara till AM. Många MES-utvecklare vill ansluta till annan produktionsutrustning, såsom CNC-maskiner. Sedan, med hjälp av maskininlärning, kan hela arbetsflödet förbättras automatiskt då data från varje beställning och varje maskinjobb matas tillbaka in i arbetscykeln. Artificiell intelligens ökar avsevärt MES-programvarans möjligheter.

Kvalitetskontroll för 3D-utskrift

Det kanske största hindret för en utbredd användning av AM är kvalitetskontroll. Detta beror på att med tillsats är varje del distinkt. Varje punkt på byggplattformen kan vara något annorlunda och även den minsta variation i en utskriftsparameter kan ändra mikrostrukturen för det utskrivna objektet.

I sin tur kommer ett objekt som skrivs ut i en vinkel inte att vara detsamma som ett som skrivs ut i en annan. Och eftersom delar byggs upp lager för lager är det svårt att validera de interna geometrierna för ett föremål när utskriften är klar. Som ett resultat är det enda sanna sättet att säkerställa kvaliteten på ett utskrivet objekt med en datortomografi, vanligtvis en kostnadskrävande metod för att inspektera mängder av delar.

Lyckligtvis är det inte bara nyare CT-skanningssystem med lägre prislappar som kommer ut på marknaden, men det finns andra verktyg som används för att säkerställa kvaliteten på tryckta delar. Bland dem finns datorsimulering. Företag som ANSYS har utvecklat mjukvara som kan förutse eventuella defekter som uppstår under utskriftsprocessen och kompensera för dem. Hexagon tar detta ett steg längre förutsäga problem på mikroskopisk nivå.

Samtidigt har företag som Sigma Labs och Additive Assurance skapat hårdvara för att övervaka byggkammare i metall 3D-skrivare för att upptäcka fel. Dessa verktyg kommer i allt högre grad att möjliggöra aktiv feedback så att maskinerna snabbt kan korrigera problem under utskriftsprocessen. När den är ansluten till MES-programvara och simulering av 3D-utskrift kan utrustningen lära sig av tidigare fel och åtgärda dem innan de ens inträffar i framtiden.

Sammantaget går dessa områden framåt i otroliga takter, till stor del för att tillverkare ser värdet i att kunna producera objekt från digitala filer på begäran. Eftersom företag så stora som Ford, GE och Siemens ser till 3D-utskrift för att producera kvalitetsänddelar, driver de hela tillsatsmarknaden att anpassa sig efter deras behov. För att nå hela 50 miljarder dollar i slutet av århundradet måste 3D-utskriftsindustrin vara kapabel att tillverka miljontals delar till dessa kunder.