شرکت تحقیقات بازار SmarTech Analysis اخیراً داده های خود را برای صنعت تولید مواد افزودنی (AM) منتشر کرده است. مشخص کرد که در سال 2021، بخش چاپ سه بعدی به آن رسیده است 10.6 میلیارد دلار در درآمد، به استثنای درآمدهای مربوط به قراردادهای تعمیر و نگهداری سخت افزار و تجهیزات پس از پردازش. این شرکت همچنین پیش بینی می کند که AM تا سال 50 به بیش از 2030 میلیارد دلار افزایش یابد.
طبق یک بازار پیش بینی می شود صنعت چاپ سه بعدی تا سال 3 به بیش از 50 میلیارد دلار برسد. [+]
تصویر با حسن نیت از SmarTech Analysis.
این رشد به شدت با این روند مرتبط است که تولیدکنندگان بزرگ به طور فزاینده ای از این فناوری برای تولید انبوه استفاده می کنند. با این حال، برای اینکه AM به پذیرش در مقیاس گسترده برسد، باید به طور قابل توجهی در سه حوزه مهم و مرتبط به هم پیشرفت کند: توان عملیاتی، یکپارچه سازی کارخانه و کنترل کیفیت. خوشبختانه برای صنعت، اینها همگی مسائلی هستند که به طور فعال در حال رسیدگی هستند.
توان چاپ سه بعدی
با توجه به ریشه های آن به عنوان یک فناوری نمونه سازی، چاپ سه بعدی هرگز با در نظر گرفتن تولید انبوه طراحی نشد. در عوض، توانایی آن برای ایجاد اشکال پیچیده به قطعات یکباره یا تولید دسته ای کوچک محدود شده است. به همین دلیل، شرکت‌هایی در سراسر صنعت چاپ سه‌بعدی برای توسعه سیستم‌هایی کار می‌کنند که می‌توانند بسیاری از قطعات را با بیشترین سرعت ممکن بسازند، مفهومی که به عنوان توان عملیاتی شناخته می‌شود.
یکی از پیشتازان در این زمینه، HP است که سال‌ها در مورد این فناوری تحقیق کرد تا سرانجام از فناوری‌هایی که قادر به تولید سریع در پلاستیک و فلز هستند، رونمایی کرد. غول چاپ دوبعدی تخصص خود را در هدهای چاپ جوهرافشان به چاپ سه بعدی با فناوری به نام Multi Jet Fusion (MJF) منتقل کرده است. MJF در حال حاضر برای تولید دسته‌های بزرگ قطعات پلیمری برای همه چیز استفاده می‌شود عینک به ربات های مواد غذایی.
گروه Legor در ایتالیا از اچ پی متال جت برای چاپ سه بعدی لوازم جانبی فولاد ضد زنگ کاربردی استفاده می کند [+]
تصویر توسط Legor Group SPA.
این تنها شروعی برای این شرکت است که اکنون در حال عرضه فناوری Metal Jet خود است. جت فلزی که به آن "فشار بایندر فلزی" گفته می شود، یک چسب مایع را روی پودر فلز رسوب می دهد و یک جزء ایجاد می کند که سپس باید در یک کوره پخته شود. مشتریانی به بزرگی فولکس واگن با برنامه ریزی برای تولید انبوه تا سقف، روی این فناوری سرمایه گذاری می کنند 100,000 قطعه فلزی سالانه برای وسایل نقلیه مصرفی
با این حال، HP تنها شرکت در این فضای به سرعت در حال توسعه نیست. یک استارت‌آپ گسترده به نام Desktop Metal برای سرعت بخشیدن به جت بایندر فلزی کار می‌کند. جنرال الکتریک نیز در حال کار بر روی نسخه خود از این فناوری است. در مجموع، این شرکت‌ها در حال آغاز دوره‌ای هستند که در آن می‌توان از پودرهای فلزی کم‌هزینه برای پرینت سه‌بعدی تعداد زیادی از قطعات در یک کار استفاده کرد، که به طور بالقوه ساختار هزینه را برای چاپ سه‌بعدی فلز تغییر می‌دهد.
این بدان معناست که آنها رهبران تثبیت شده در چاپ سه‌بعدی فلز را خواهند پذیرفت، که معمولاً بر روی پرتوهای لیزر پرقدرت در پودرهای فلزی گران قیمت متکی هستند. این شرکت ها در حال کار بر روی افزایش توان عملیاتی هستند، همچنین با اضافه کردن تا 12 لیزر به ماشین هایشان
کارخانه های چاپ سه بعدی
در حالی که ناوگانی از پرینترهای سه بعدی ممکن است قادر به تولید در حجم باشند، این بدان معنا نیست که آنها لزوماً در یک کارخانه فعلی جا می شوند. تا حد زیادی این به این دلیل است که آنها فاقد نرم افزار در سطح تولید انبوه هستند.
اکنون، تعداد کمی از استارت‌آپ‌ها به وجود آمده‌اند تا چالش توسعه نرم‌افزار ویژه AM برای تولید سیستم‌های اجرایی (MES) را بر عهده بگیرند. این ابزارها امکان مدیریت ناوگان پرینترهای سه بعدی و اتصال آنها به نرم افزارهای تولیدی موجود یک شرکت را فراهم می کند. آنها معمولاً به کل گردش کار سفارش تا ساخت کمک می کنند. این به معنی نقل قول و ردیابی سفارش، آماده سازی فایل چاپی، نظارت بر کار چاپ و جمع آوری داده ها، نوبت دهی ناوگان چاپگر، کنترل کیفیت و حمل و نقل است.
نرم افزار MES لزوماً به ابزارهای نرم افزاری موجود یک کسب و کار متصل می شود. این شامل مدیریت چرخه عمر محصول (PLM)، برنامه ریزی منابع سازمانی (ERP) و نرم افزار IT عمومی است. در حالی که PLM ممکن است شامل نرم‌افزار مدل‌سازی سه‌بعدی ترجیحی یک شرکت باشد، ERP از همه چیز از برنامه‌های حقوق و دستمزد گرفته تا ابزارهایی برای ردیابی مالی کلی تشکیل می‌شود.
پلتفرم‌های MES اکنون در حال کار هستند تا تمام نرم‌افزارهایی را که ممکن است یک سازنده قبلاً با آن کار می‌کرده استفاده کنند و پرینت سه بعدی را در ترکیب قرار دهند. با این حال، آنها فقط خود را به AM محدود نمی کنند. بسیاری از توسعه دهندگان MES به دنبال اتصال با سایر تجهیزات تولیدی مانند ماشین های CNC هستند. سپس، با کمک یادگیری ماشین، کل گردش کار را می توان به طور خودکار بهبود بخشید، زیرا داده های هر سفارش و هر کار ماشینی به چرخه کار باز می گردد. هوش مصنوعی به طور قابل توجهی بر قابلیت های نرم افزار MES افزوده است.
کنترل کیفیت چاپ سه بعدی
شاید بزرگترین مانع برای پذیرش گسترده AM کنترل کیفیت باشد. این به این دلیل است که با افزودنی، هر قسمت متمایز است. هر نقطه روی پلت فرم ساخت ممکن است کمی متفاوت باشد و حتی کوچکترین تغییر در پارامتر چاپ ممکن است ریزساختار شی چاپ شده را تغییر دهد.
به نوبه خود، شیئی که در یک زاویه چاپ می شود با شیئی که در زاویه دیگر چاپ می شود یکسان نخواهد بود. و از آنجایی که قطعات لایه به لایه ساخته می شوند، پس از اتمام چاپ، اعتبارسنجی هندسه داخلی یک آیتم دشوار است. در نتیجه، تنها راه واقعی برای اطمینان از کیفیت یک شی چاپ شده، سی تی اسکن است، که معمولاً روشی مقرون به صرفه برای بازرسی تعداد زیادی از قطعات است.
خوشبختانه، نه تنها هستند سیستم های سی تی اسکن جدیدتر با برچسب‌های قیمت پایین‌تری که به بازار می‌آیند، اما ابزارهای دیگری نیز برای اطمینان از کیفیت قطعات چاپی استفاده می‌شوند. از جمله آنها می توان به شبیه سازی کامپیوتری اشاره کرد. شرکت‌هایی مانند ANSYS نرم‌افزاری را توسعه داده‌اند که می‌تواند هر گونه نقصی را که در طول فرآیند چاپ رخ می‌دهد پیش‌بینی کند. جبران کردن برای آنها. Hexagon این را یک قدم جلوتر می برد پیش بینی مسائل در سطح میکروسکوپی
در همین حال، شرکت‌هایی مانند Sigma Labs و Additive Assurance سخت‌افزاری برای نظارت بر محفظه‌های ساخت پرینترهای سه بعدی فلزی برای تشخیص خطاها ایجاد کرده‌اند. این ابزارها به طور فزاینده ای بازخورد فعال را فعال می کنند تا دستگاه ها بتوانند به سرعت مشکلات را در طول فرآیند چاپ تصحیح کنند. هنگامی که با نرم افزار MES و شبیه سازی پرینت سه بعدی متصل می شود، این تجهیزات می توانند از اشتباهات گذشته درس بگیرند و قبل از اینکه در آینده اتفاق بیفتند، آنها را برطرف کنند.
در مجموع، این مناطق با سرعت های باورنکردنی در حال پیشرفت هستند، تا حد زیادی به این دلیل که تولیدکنندگان ارزش آن را در توانایی تولید اشیاء از فایل های دیجیتال بر اساس تقاضا می دانند. از آنجایی که شرکت‌هایی به بزرگی فورد، جنرال الکتریک و زیمنس برای تولید قطعات نهایی با کیفیت به چاپ سه بعدی نگاه می‌کنند، کل بازار افزودنی‌ها را به سمت نیازهای خود سوق می‌دهند. برای دستیابی به 3 میلیارد دلار تا پایان قرن، صنعت چاپ سه بعدی باید بتواند میلیون ها قطعه برای آن مشتریان بسازد.
Source: https://www.forbes.com/sites/michaelmolitch-hou/2022/04/25/three-areas-holding-back-the-106b-3d-printing-industry/