Drie gebieden die de 10.6D-printindustrie van $ 3 miljard tegenhouden

Marktonderzoeksbureau SmarTech Analysis heeft onlangs zijn gegevens vrijgegeven voor de additive manufacturing (AM) -industrie. Het stelde vast dat in 2021 de 3D-printsector bereikte $ 10.6 miljard omzet, exclusief de inkomsten die verband houden met hardware-onderhoudscontracten en nabewerkingsapparatuur. Het bedrijf verwacht verder dat AM tegen 50 naar verwachting zal groeien tot meer dan $ 2030 miljard.

Deze groei hangt nauw samen met de trend dat grote fabrikanten de technologie steeds vaker gaan gebruiken voor massaproductie. Om AM echter op grote schaal te kunnen gebruiken, zal het aanzienlijke vooruitgang moeten boeken op drie cruciale en onderling gerelateerde gebieden: doorvoer, fabrieksintegratie en kwaliteitscontrole. Gelukkig voor de industrie zijn dit ook allemaal zaken die actief worden aangepakt.

Doorvoer van 3D-afdrukken

Vanwege zijn wortels als prototyping-technologie, is 3D-printen nooit ontworpen met massaproductie in gedachten. In plaats daarvan is het vermogen om complexe vormen te creëren beperkt tot eenmalige onderdelen of fabricage in kleine series. Om die reden hebben bedrijven in de 3D-printindustrie gewerkt aan de ontwikkeling van systemen die zo snel mogelijk veel onderdelen kunnen maken, een concept dat bekend staat als doorvoer.

Een van de leiders in dit opzicht is HP, dat jarenlang onderzoek heeft gedaan naar de technologie voordat het uiteindelijk technologieën onthulde die in staat zijn om zowel in kunststoffen als metalen snel te produceren. De 2D-printgigant heeft zijn expertise op het gebied van inkjetprintkoppen overgedragen aan 3D-printen met een technologie genaamd Multi Jet Fusion (MJF). MJF wordt al gebruikt om grote partijen polymeeronderdelen te produceren voor alles van brillen naar kruideniersbots.

Dit is nog maar het begin voor het bedrijf, dat nu zijn Metal Jet-technologie uitrolt. Metal Jet is een vorm van wat 'metal binder jetting' wordt genoemd en zet een vloeibaar bindmiddel af op metaalpoeder, waardoor een onderdeel ontstaat dat vervolgens in een oven moet worden gesinterd. Grote klanten als Volkswagen investeren in de technologie met een plan om massaproductie tot 100,000 metalen onderdelen jaarlijks voor consumentenvoertuigen.

HP is echter niet het enige bedrijf in deze snel evoluerende ruimte. Een veel gepubliceerde startup genaamd Desktop Metal werkt aan het versnellen van het spuiten van metalen bindmiddelen. Ook GE werkt aan een eigen versie van de technologie. Al met al luiden deze bedrijven een tijdperk in waarin goedkope metaalpoeders kunnen worden gebruikt om grote aantallen onderdelen in één taak in 3D te printen, waardoor de kostenstructuur voor 3D-metaalprinten mogelijk helemaal verandert.

Dit betekent dat ze het opnemen tegen de gevestigde leiders in 3D-metaalprinten, die doorgaans afhankelijk zijn van het zappen van krachtige laserstralen op dure metaalpoeders. Deze bedrijven werken ook aan het verhogen van de doorvoer door het toevoegen van tot 12 lasers naar hun machines.

3D-afdrukfabrieken

Hoewel een vloot van 3D-printers in staat kan zijn om op grote schaal te produceren, betekent dit niet dat ze noodzakelijkerwijs in een bestaande fabrieksoperatie passen. Voor een groot deel is dit te wijten aan het feit dat ze geen software op massaproductieniveau hebben.

Nu is een handvol startups naar voren gekomen om de uitdaging aan te gaan om AM-specifieke software voor productie-uitvoeringssystemen (MES) te ontwikkelen. Deze tools maken het mogelijk om zowel een vloot van 3D-printers te beheren als te koppelen aan de bestaande productiesoftware van een bedrijf. Ze helpen doorgaans bij de gehele workflow van order-to-fabrication. Dit betekent het maken van offertes en het volgen van bestellingen, het voorbereiden van afdrukbestanden, het bewaken van afdruktaken en het verzamelen van gegevens, het in de wachtrij plaatsen van het printerpark, kwaliteitscontrole en verzending.

MES-software sluit noodzakelijkerwijs aan op de bestaande softwaretools van een bedrijf. Dit omvat product lifecycle management (PLM), enterprise resource planning (ERP) en algemene IT-software. Hoewel PLM de favoriete 3D-modelleringssoftware van een bedrijf kan bevatten, zal ERP alles omvatten, van salarisprogramma's tot tools voor het bijhouden van de algehele financiën.

MES-platforms werken er nu aan om alle software waarmee een fabrikant mogelijk al werkt, te integreren en 3D-printen in de mix in te voegen. Ze beperken zich echter niet alleen tot AM. Veel MES-ontwikkelaars zoeken verbinding met andere productieapparatuur, zoals CNC-machines. Vervolgens kan met behulp van machine learning de hele workflow automatisch worden verbeterd, aangezien gegevens van elke bestelling en elke machinetaak worden teruggevoerd in de werkcyclus. Kunstmatige intelligentie voegt aanzienlijk toe aan de mogelijkheden van MES-software.

3D-afdrukkwaliteitscontrole

Misschien wel het grootste obstakel voor wijdverbreide AM-adoptie is kwaliteitscontrole. Dit komt omdat, met additief, elk onderdeel anders is. Elk punt op het bouwplatform kan iets anders zijn en zelfs de kleinste variatie in een afdrukparameter kan de microstructuur van het afgedrukte object veranderen.

Op zijn beurt zal een object dat onder één hoek wordt afgedrukt, niet hetzelfde zijn als een object dat onder een andere wordt afgedrukt. En omdat onderdelen laag voor laag worden opgebouwd, is het moeilijk om de interne geometrieën van een item te valideren zodra het afdrukken is voltooid. Als gevolg hiervan is de enige echte manier om de kwaliteit van een gedrukt object te garanderen een CT-scan, typisch een kostenbesparende methode voor het inspecteren van een groot aantal onderdelen.

Gelukkig zijn niet alleen nieuwere CT-scansystemen met lagere prijskaartjes die op de markt komen, maar er zijn andere hulpmiddelen die worden gebruikt om de kwaliteit van geprinte onderdelen te waarborgen. Een daarvan is computersimulatie. Bedrijven zoals ANSYS hebben software ontwikkeld die kan anticiperen op eventuele defecten die optreden tijdens het printproces en compenseren voor hen. Hexagon gaat nog een stap verder door: problemen voorspellen op microscopisch niveau.

Ondertussen hebben bedrijven als Sigma Labs en Additive Assurance hardware gemaakt om de bouwkamers van metalen 3D-printers te bewaken om fouten te detecteren. In toenemende mate zullen deze tools actieve feedback mogelijk maken, zodat de machines problemen tijdens het printproces snel kunnen corrigeren. Indien verbonden met MES-software en 3D-printsimulatie, kan de apparatuur leren van fouten uit het verleden en deze verhelpen voordat ze zich zelfs in de toekomst voordoen.

Al met al vorderen deze gebieden ongelooflijk snel, grotendeels omdat fabrikanten de waarde inzien van het kunnen produceren van objecten uit digitale bestanden op aanvraag. Aangezien grote bedrijven als Ford, GE en Siemens 3D-printen gebruiken om hoogwaardige eindonderdelen te produceren, stimuleren ze de hele markt voor additieven om aan hun behoeften te voldoen. Om tegen het einde van de eeuw maar liefst $ 50 miljard te bereiken, moet de 3D-printindustrie in staat zijn miljoenen onderdelen voor die klanten te maken.