阻礙 $10.6B 3D 打印行業的三個領域

市場研究公司 SmarTech Analysis 最近發布了積層製造 (AM) 產業的數據。 確定2021年3D列印產業規模達到 的美元10.6億元 收入，不包括與硬體維護合約和後處理設備相關的收入。 該公司進一步預測，到 50 年，增材製造預計將成長到 2030 億美元以上。

這種成長與大型製造商將越來越多地使用該技術進行大規模生產的趨勢密切相關。 然而，為了使積層製造廣泛採用，需要在三個關鍵且相互關聯的領域取得重大進展：產量、工廠整合和品質控制。 對於整個產業來說幸運的是，這些問題也正在積極解決。

3D 列印吞吐量

由於 3D 列印起源於原型技術，因此其設計時從未考慮過大規模生產。 相反，它創建複雜形狀的能力僅限於一次性零件或小批量製造。 出於這個原因，3D 列印行業的公司一直在致力於開發能夠盡可能快速地製造許多零件的系統，這一概念稱為吞吐量。

惠普是這方面的領導者之一，該公司花了數年時間研究該技術，最終推出了能夠快速生產塑膠和金屬的技術。 這家 2D 列印巨頭已將其在噴墨列印頭方面的專業知識轉移到了 3D 列印領域，採用了一種名為多噴射融合 (MJF) 的技術。 MJF 已被用於生產大批量的聚合物零件，其用途包括： 眼鏡 至 雜貨機器人.

這只是該公司的開始，該公司目前正在推出其金屬噴射技術。 Metal Jet 是一種所謂的「金屬黏合劑噴射」形式，將液體黏合劑沉積到金屬粉末上，形成必須在熔爐中燒結的組件。 像大眾汽車這樣的大客戶正在投資這項技術，並計劃批量生產高達 100,000 個金屬部件 每年用於消費車輛。

然而，惠普並不是這個快速發展的領域中唯一的公司。 一家名為 Desktop Metal 的廣為人知的新創公司正在致力於加快金屬黏合劑噴射速度。 通用電氣也在開發自己的技術版本。 總而言之，這些公司正在開創一個時代，可以使用低成本金屬粉末在一次作業中 3D 列印大量零件，從而有可能完全改變金屬 3D 列印的成本結構。

這意味著他們將與金屬 3D 列印領域的既定領導者競爭，金屬 XNUMXD 列印通常依賴在昂貴的金屬粉末上發射高功率雷射光束。 這些公司也致力於透過添加 多達 12 個雷射器 到他們的機器。

3D列印工廠

雖然一組 3D 列印機可能能夠大量生產，但這並不意味著它們一定適合現有的工廠運作。 這在很大程度上是因為他們缺乏量產級的軟體。

現在，已經出現了一些新創公司來迎接開發用於製造執行系統（MES）的積層製造專用軟體的挑戰。 這些工具使得管理一組 3D 列印機並將其連接到公司現有的生產軟體成為可能。 他們通常協助整個訂單到製造的工作流程。 這意味著訂單報價和追蹤、列印文件準備、列印作業監控和資料收集、印表機佇列排隊、品質控制和運輸。

MES 軟體必須連接到企業現有的軟體工具。 這包括產品生命週期管理 (PLM)、企業資源規劃 (ERP) 和通用 IT 軟體。 雖然 PLM 可能包括該公司首選的 3D 建模軟體，但 ERP 將由從工資計劃到追蹤整體財務工具的所有內容組成。

MES 平台現在正在努力採用製造商可能已經使用的所有軟體，並將 3D 列印融入其中。 然而，他們不僅限於 AM。 許多 MES 開發人員正在尋求與其他生產設備（例如 CNC 工具機）連接。 然後，在機器學習的幫助下，隨著每個訂單和每個機器作業的資料回饋到工作週期中，整個工作流程可以自動改進。 人工智慧顯著增強了 MES 軟體的功能。

3D 列印品質控制

也許廣泛採用積層製造的最大障礙是品質控制。 這是因為，對於添加劑來說，每個部分都是不同的。 建構平台上的每個點都可能略有不同，即使列印參數最微小的變化也可能改變列印物體的微觀結構。

反過來，以一個角度列印的物體將與以另一個角度列印的物體不同。 而且，由於零件是逐層建造的，因此一旦列印完成就很難驗證專案的內部幾何形狀。 因此，確保列印物件品質的唯一真正方法是使用 CT 掃描，這通常是一種成本高昂的檢查多個零件的方法。

幸運的是，不僅是 較新的 CT 掃描系統 市場上的價格標籤較低，但還有其他工具可用於確保列印零件的品質。 其中之一就是電腦模擬。 ANSYS 等公司開發了可以預測列印過程中出現的任何缺陷的軟體， 補償 對於他們來說。 Hexagon 正在更進一步： 預測問題 在微觀層面上。

同時，Sigma Labs 和 Additive Assurance 等公司已經開發出硬體來監控金屬 3D 列印機的列印室以檢測錯誤。 這些工具將越來越多地實現主動回饋，以便機器能夠快速糾正列印過程中的問題。 當與 MES 軟體和 3D 列印模擬連接時，設備可以從過去的錯誤中學習並在未來發生之前解決它們。

總而言之，這些領域正在以令人難以置信的速度發展，很大程度上是因為製造商看到了能夠按需從數位檔案中生產物件的價值。 隨著像福特、GE 和西門子這樣的大公司希望透過 3D 列印來生產高品質的終端零件，他們正在推動整個積層製造市場迎合他們的需求。 為了在本世紀末達到 50 億美元的規模，3D 列印產業必須有能力為這些客戶製造數百萬個零件。