Tiga Bidang Menahan Industri Percetakan 10.6D $3B

Firma penyelidikan pasaran SmarTech Analysis baru-baru ini mengeluarkan datanya untuk industri pembuatan aditif (AM). Ia menentukan bahawa, pada tahun 2021, sektor percetakan 3D telah dicapai $ 10.6 bilion dalam hasil, tidak termasuk hasil yang berkaitan dengan kontrak penyelenggaraan perkakasan dan peralatan pasca pemprosesan. Firma itu mengunjurkan lagi bahawa AM dijangka berkembang kepada lebih $50 bilion menjelang 2030.

Pertumbuhan ini disematkan rapat dengan trend bahawa pengeluar besar akan semakin menggunakan teknologi untuk pengeluaran besar-besaran. Walau bagaimanapun, untuk membolehkan AM mencapai penggunaan berskala luas, ia perlu maju dengan ketara dalam tiga bidang penting dan saling berkaitan: daya tampung, penyepaduan kilang dan kawalan kualiti. Nasib baik untuk industri, ini semua adalah isu yang sedang ditangani secara aktif.

Kapasiti Percetakan 3D

Disebabkan akarnya sebagai teknologi prototaip, percetakan 3D tidak pernah direka bentuk dengan mengambil kira pengeluaran besar-besaran. Sebaliknya, keupayaannya untuk mencipta bentuk yang kompleks telah dihadkan kepada bahagian sekali sahaja atau pembuatan kumpulan kecil. Atas sebab itu, firma di seluruh industri percetakan 3D telah berusaha untuk membangunkan sistem yang boleh membuat banyak bahagian secepat mungkin, konsep yang dikenali sebagai daya pemprosesan.

Antara peneraju dalam hal ini ialah HP, yang menghabiskan masa bertahun-tahun meneliti teknologi itu sebelum akhirnya memperkenalkan teknologi yang mampu menghasilkan pengeluaran pantas dalam plastik dan logam. Gergasi percetakan 2D telah memindahkan kepakarannya dalam kepala cetak inkjet kepada pencetakan 3D dengan teknologi yang dipanggil Multi Jet Fusion (MJF). MJF telah pun digunakan untuk menghasilkan kumpulan besar bahagian polimer untuk segala-galanya eyewear kepada bot barangan runcit.

Ini hanyalah permulaan bagi syarikat itu, yang kini melancarkan teknologi Metal Jetnya. Satu bentuk apa yang dipanggil "pancutan pengikat logam," Metal Jet mendepositkan pengikat cecair pada serbuk logam, menghasilkan komponen yang kemudiannya mesti disinter dalam relau. Pelanggan sebesar Volkswagen melabur dalam teknologi dengan rancangan untuk mengeluarkan secara besar-besaran sehingga 100,000 komponen logam setiap tahun untuk kenderaan pengguna.

Walau bagaimanapun, HP bukanlah satu-satunya syarikat dalam ruang yang berkembang pesat ini. Permulaan yang dipublikasikan secara meluas dipanggil Desktop Metal sedang berusaha untuk mempercepatkan jet pengikat logam. GE juga sedang mengusahakan versi teknologinya sendiri. Secara keseluruhannya, syarikat-syarikat ini sedang memulakan era di mana serbuk logam kos rendah boleh digunakan untuk mencetak sejumlah besar bahagian dalam satu kerja, yang berpotensi mengubah struktur kos untuk percetakan 3D logam sama sekali.

Ini bermakna bahawa mereka akan menentang peneraju terkemuka dalam percetakan 3D logam, yang biasanya bergantung pada mengetuk pancaran laser berkuasa tinggi pada serbuk logam mahal. Syarikat-syarikat ini sedang berusaha untuk meningkatkan daya pengeluaran, juga, dengan menambah sehingga 12 laser kepada mesin mereka.

Kilang Percetakan 3D

Walaupun kumpulan pencetak 3D mungkin mampu menghasilkan pada volum, itu tidak bermakna ia semestinya sesuai dengan operasi kilang yang sedia ada. Sebahagian besarnya, ini disebabkan oleh fakta bahawa mereka kekurangan perisian peringkat pengeluaran besar-besaran.

Kini, segelintir syarikat pemula telah muncul untuk menyahut cabaran membangunkan perisian khusus AM untuk sistem pelaksanaan pembuatan (MES). Alat ini membolehkan kedua-dua menguruskan kumpulan pencetak 3D dan menyambungkannya kepada perisian pengeluaran sedia ada syarikat. Mereka biasanya membantu dalam keseluruhan aliran kerja pesanan-ke-fabrikasi. Ini bermakna sebut harga dan penjejakan pesanan, penyediaan fail cetakan, pemantauan kerja cetakan dan pengumpulan data, barisan armada pencetak, kawalan kualiti dan penghantaran.

Perisian MES semestinya bersambung ke alat perisian sedia ada perniagaan. Ini termasuk pengurusan kitaran hayat produk (PLM), perancangan sumber perusahaan (ERP) dan perisian IT am. Walaupun PLM mungkin termasuk perisian pemodelan 3D pilihan syarikat, ERP akan terdiri daripada segala-galanya daripada program penggajian kepada alat untuk menjejaki keseluruhan kewangan.

Platform MES kini sedang berusaha untuk mengambil semua perisian yang mungkin sedang digunakan oleh pengeluar dan memasukkan pencetakan 3D ke dalam campuran. Walau bagaimanapun, mereka bukan sahaja mengehadkan diri mereka kepada AM. Ramai pembangun MES sedang mencari untuk berhubung dengan peralatan pengeluaran lain, seperti mesin CNC. Kemudian, dengan bantuan pembelajaran mesin, keseluruhan aliran kerja boleh dipertingkatkan secara automatik apabila data daripada setiap pesanan dan setiap kerja mesin disambung semula ke dalam kitaran kerja. Kecerdasan buatan menambah dengan ketara keupayaan perisian MES.

Kawalan Kualiti Cetakan 3D

Mungkin halangan terbesar kepada penggunaan AM yang meluas ialah kawalan kualiti. Ini kerana, dengan bahan tambahan, setiap bahagian adalah berbeza. Setiap titik pada platform binaan mungkin sedikit berbeza dan walaupun sedikit variasi dalam parameter pencetakan boleh mengubah struktur mikro objek yang dicetak.

Sebaliknya, objek yang dicetak pada satu sudut tidak akan sama dengan satu yang dicetak pada sudut yang lain. Dan, kerana bahagian dibina lapisan demi lapisan, sukar untuk mengesahkan geometri dalaman item setelah pencetakan selesai. Akibatnya, satu-satunya cara yang benar untuk memastikan kualiti objek yang dicetak adalah dengan imbasan CT, biasanya kaedah kos terlarang untuk memeriksa banyak bahagian.

Nasib baik, bukan sahaja sistem pengimbasan CT yang lebih baru dengan tanda harga yang lebih rendah datang ke pasaran, tetapi terdapat alat lain yang digunakan untuk memastikan kualiti bahagian bercetak. Antaranya ialah simulasi komputer. Syarikat seperti ANSYS telah membangunkan perisian yang boleh menjangkakan sebarang kecacatan yang berlaku semasa proses pencetakan dan mengimbangi untuk mereka. Heksagon mengambil langkah ini lebih jauh meramalkan isu pada tahap mikroskopik.

Sementara itu, firma seperti Sigma Labs dan Additive Assurance telah mencipta perkakasan untuk memantau ruang binaan pencetak 3D logam untuk mengesan ralat. Semakin banyak, alatan ini akan membolehkan maklum balas aktif supaya mesin boleh membetulkan isu dengan cepat semasa proses cetakan. Apabila disambungkan dengan perisian MES dan simulasi pencetakan 3D, peralatan boleh belajar daripada kesilapan lalu dan menanganinya sebelum ia berlaku pada masa hadapan.

Secara keseluruhannya, kawasan ini semakin maju pada kadar yang luar biasa, sebahagian besarnya kerana pengeluar melihat nilai untuk dapat menghasilkan objek daripada fail digital atas permintaan. Memandangkan syarikat sebesar Ford, GE, dan Siemens melihat kepada percetakan 3D untuk menghasilkan bahagian akhir yang berkualiti, mereka memacu keseluruhan pasaran aditif untuk memenuhi keperluan mereka. Untuk mencapai $50 bilion pada penghujung abad ini, industri percetakan 3D harus mampu menghasilkan berjuta-juta alat ganti untuk pelanggan tersebut.