5 trendów w druku 3D i wytwarzania przyrostowego

W ciągu ostatnich 2 lat, rozwój technologiczny w dziedzinie druku 3D był znaczący. Przemysł i nauka podążają drogą cyfryzacji, a wytwarzanie przyrostowe stopniowo staje się coraz ważniejszą częścią technologicznego krajobrazu dzisiejszego przemysłu. Jest to wyraźnie dostrzegalne tutaj, w InfoSoftware, jako że jeden z naszych kluczowych produktów – iS Rapid, rozwiązanie systemowe dedykowane do szybkiego prototypowania i zdalnej produkcji – jest silnie uzależniony od tej technologii. Wchodzimy właśnie w decydującą fazę planowania, aby zwiększyć potencjał produkcyjny tego narzędzia, dlatego z tej okazji chcemy podzielić się z Państwem kilkoma spostrzeżeniami, dlaczego uważamy, że inwestycja w tę technologię to strzał w dziesiątkę.

Wychodząc z mroku, w stronę światła

Jeszcze do niedawna druk 3D był uważany za eksperymentalną formę wytwarzania, godną co najwyżej modelowania lub prototypowania. W ostatnich latach ten obraz ulega szybkiej zmianie. Wdrażane są nowe metody, a różnorodność materiałów wykorzystywanych do produkcji jest obecnie niemal tak szeroka jak w przypadku metod tradycyjnych. Wydaje się, że motorem napędowym są technologie napawania spoiwem metalowym, które przejmą rynek tradycyjnej produkcji metalowej.

Dziś ta technologia jest w głównym nurcie. Być może najlepszą ilustracją tego zjawiska jest fakt, że BMW ogłosiło, że zamontowało w swoich samochodach ponad milion części wydrukowanych w 3D… i to w 2018 roku!

To prawda, że przemysł motoryzacyjny wydaje się być na czele „rewolucji druku 3D”, ale to tylko ilustruje poziom dojrzałości technologicznej i potencjał czekający na obudzenie w najbliższej przyszłości. Jeśli prowadzisz firmę produkcyjną i nie rozważasz przejścia na technologię druku 3D, bardzo szybko możesz znaleźć się w tyle!

Moving out of the shadows, into the light
Wychodząc z mroku, w stronę światła

Dedykowane rozwiązania programistyczne.

Jedną z najważniejszych zmian, która dokonuje się na naszych oczach – nawet wtedy, gdy nie widzimy! – jest przeprojektowywanie rozwiązań programowych dla Komputerowego Wspomagania Projektowania. Nie od dziś wiadomo, że najwięksi gracze w tej dziedzinie wypuszczają nowe wersje lub warianty swoich rozwiązań programowych zoptymalizowanych pod kątem wytwarzania przyrostowego.

Najważniejszym aspektem tego procesu jest skrócenie dystansu (w czasie, pieniądzach, wysiłku i technologii) pomiędzy projektem a produkcją. Posiadanie planu 3D to jedno, ale zaplanowanie procesu produkcji danego elementu to drugie – tak jak w architekturze, czasami trzeba uwzględnić tymczasowe konstrukcje nośne lub czas chłodzenia/suszenia materiału budowlanego. Oczywiście, w druku 3D trzeba być w stanie ustawić (lub przynajmniej wziąć pod uwagę) parametry, których inne metody produkcji nie wymagają. Oznacza to, że albo zastosujemy kombinację wielu rozwiązań software’owych (co jest bardzo nieefektywne i może powodować wiele problemów z kompatybilnością) albo znajdziemy jedno narzędzie, które zniweluje te ograniczenia. Ten ostatni jest oczywiście preferowane dla użytkownika i to jest to, co wiodące rozwiązania oprogramowania CAD są teraz zaczynają oferować.

Do tego dochodzi cecha, która staje się znakiem naszych czasów: zdalna praca zespołowa. Możliwość zebrania całego zespołu projektowego do jednoczesnej pracy nad projektem z odległej lokalizacji jest już czymś powszechnym. Nadal nie wszystkie narzędzia pozwalają na efektywne rozwiązanie, ale to tylko kwestia czasu.

Wtedy, nawet gdy wszystko jest już zaplanowane, kluczowym kolejnym krokiem jest „przycisk fire” na pulpicie. Jest to oczywiście możliwość nie tylko zdalnego zaprojektowania produktu, ale również zdalnego zaplanowania jego produkcji. Podłączenie systemów oprogramowania CAD bezpośrednio do warsztatu jest w zasadzie tym, jak wszyscy wyobrażali sobie IoT. Patrząc na to, gdzie jesteśmy dzisiaj i w jakim kierunku zmierza rozwój technologiczny, wygląda na to, że jesteśmy już blisko.

„Spersonalizowany” przeniesie wytwarzanie przyrostowe na wyższy poziom

Nie tak dawno temu opublikowaliśmy w mediach społecznościowych post przedstawiający gitarę elektryczną wykonaną na zamówienie – projekt pasji jednego z członków naszego zespołu. Nasz najnowocześniejszy system szybkiego prototypowania został uruchomiony i wykorzystany do produkcji pierścienia mocującego przetworniki według jego projektu… Jeśli nie wiecie o czym mówimy: jest to kawałek plastiku niewiele większy od waszego długopisu, z dziurą w środku. Nic nadzwyczajnego, żeby się tym chwalić, prawda? Pomyślcie: skoro ktoś jest w stanie zaplanować całą produkcję, aby uzyskać dość mały kawałek plastiku, tylko dlatego, że te dostępne na rynku nie odpowiadają jego wizji, to dlaczego Wy nie możecie? Ach, czy wspomnieliśmy, że pomysł, planowanie, projekt i produkcja zostały wykonane w różnych miejscach, oddalonych od siebie o około 300 km?

To jest właśnie dziedzina, w której produkcja przyrostowa w połączeniu ze zdalnym projektowaniem i harmonogramem produkcji będzie błyszczeć najbardziej. Dwie strony medalu to „luksus” i „konieczność”. Plastikowa część do gitary na zamówienie reprezentuje stronę „luksusową” – możliwość otrzymania czegoś dokładnie takiego, jak chcesz, spersonalizowanego dla Ciebie, jedynego w swoim rodzaju. To już nie jest takie drogie! Ale jest też strona „konieczności” i to jest najlepiej zilustrowane przez medycynę. Produkcja addytywna jest już wykorzystywana w kardiochirurgii, chirurgii naczyniowej, a nawet w implantach dentystycznych! Istnieją wszystkie dziedziny, w których potrzebne są przedmioty spersonalizowane, dostosowane dokładnie do tego jednego, konkretnego przypadku pacjenta. Technologia druku 3D jest często dosłownie ratunkiem w takich sytuacjach!

Zarówno „luksus” jak i „konieczność” mają jedną wspólną cechę: stanowią silne zapotrzebowanie na wdrożenie i eksploatację technologii druku 3D na skalę przemysłową z możliwością zdalnego projektowania i harmonogramowania produkcji jako czynnika kluczowego. Wszyscy wiemy, że tam gdzie jest popyt, tam w końcu pojawi się podaż. W tym przypadku, będą to dwa pierwsze rynki, które wygenerują popyt, podaż, a także napędzą rozwój technologiczny wytwarzania przyrostowego i pomogą mu osiągnąć nowe szczyty.

Dodatkowo, te sektory ugruntują model biznesowy, który można nazwać „produkcja jako usługa”. Elastyczność produkcji addytywnej pozwala jednej maszynie produkować sztuczne kości lub zęby w jednej minucie, części gitar w drugiej, a części silników lotniczych w następnej… Możliwości są nieograniczone, ale najważniejsze jest to, że spowoduje to spadek cen produkcji, podczas gdy zapotrzebowanie na wykwalifikowaną siłę roboczą będzie jeszcze większe niż obecnie.

“Personalised” will advance AM onto a next level
„Spersonalizowany” przeniesie wytwarzanie przyrostowe na wyższy poziom

Metal to odpowiednia ścieżka dźwiękowa/soundtrack dla wytwarzania przyrostowego

Produkcja metali jest najbardziej wartościowym segmentem rynku, a produkcja przyrostowa zaczyna być uznawana za realną metodę produkcji i ważny element tego środowiska. Dla porządku: jasne jest, że wytwarzanie przyrostowe nie zastąpi odlewania czy formowania wtryskowego, ale i tak „odgryza” dużą część rynku. Mimo to, nawet uznając znaczący postęp technologiczny w ostatniej dekadzie, „drukowanie metalu” jest dalekie od osiągnięcia swojego pełnego potencjału.

Z jednej strony, technologia jest dostępna do użytku przemysłowego dzisiaj z większością wczesnych użytkowników zlokalizowanych w przemyśle lotniczym i samochodowym. Z drugiej strony, kontrola jakości i materiały są nadal na liście „do zrobienia”.

Od 2019 roku widzieliśmy duży przełom z wydaniem maszyn, które są w stanie drukować z materiałów takich jak stal nierdzewna lub stopy tytanu. Wygląda na to, że te granice są podbijane każdego dnia. Otwiera to nowe możliwości i prowadzi do przesunięcia produkcji metali w kierunku wytwarzania przyrostowego, które jest często tańszym sposobem produkcji.

Kontrola i zapewnienie jakości były w ostatnich latach kwestią krytyczną, ale nie ślepą uliczką. Szybkie tempo wdrażania technologii produkcji przyrostowej w przemyśle motoryzacyjnym wydaje się być tutaj kluczowym czynnikiem i dostawcą rozwiązań. Spodziewamy się, że to, co jest obecnie uważane za „politykę firmy” stanie się standardami i najlepszymi praktykami w całej branży w ciągu mniej niż najbliższych 18 miesięcy.

Metal is the right music for additive manufacturing
Metal to odpowiednia ścieżka dźwiękowa/soundtrack dla wytwarzania przyrostowego

AI i automatyzacja

Jako kontynuacja i rozszerzenie punktu powyższego, technologie AI i automatyzacji pomagają w osiąganiu powtarzalnych, wysokiej jakości rezultatów w druku 3D.

AI może poprawić jakość i powtarzalność po prostu poprzez rozszerzenie zakresu czujników, które mogą być automatycznie obsługiwane i możliwości korekty procesu produkcyjnego „w locie”. Dotyczy to np. śledzenia temperatury w różnych częściach wytwarzanego produktu lub naprężeń na konstrukcjach nośnych. Obecnie zarządzanie temperaturą i składem konstrukcji nośnych jest nadal zadaniem dla zespołu projektantów. Niewielki błąd w obliczeniach lub nawet nieprzewidziana zmiana parametrów może zrujnować produkt i znacznie spowolnić cały proces. Wdrożenie sztucznej inteligencji, która będzie dosłownie „pilnowała” produkcji i uczyła ją wprowadzać poprawki w trwającym procesie, w znacznym stopniu przyczyni się do tego, że produkcja przyrostowa stanie się głównym nurtem produkcji na dużą skalę.

To właśnie tutaj potrzebny będzie rozwój automatyzacji. Kiedy już produkcja przyrostowa na dużą skalę stanie się możliwa, trzeba będzie rozwiązać problem procesów postprodukcyjnych na dużą skalę. O ile produkcja na małą skalę nie wymaga dużej automatyzacji (lub nie wymaga jej wcale!), o tyle będzie to przeszkodą, gdy ich liczba wzrośnie.

Biorąc pod uwagę, że liderzy przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego inwestują w druk 3D metalowych komponentów, można założyć, że przełom może nastąpić nawet do końca 2021 r.

Podsumowując nasze 5 trendów i prognoz na niedaleką przyszłość, spodziewamy się, że w branży produkcyjnej, we wszystkich jej sektorach, nastąpią istotne zmiany. Pierwsi adepci poczynili już najważniejsze kroki, ścieżka nie jest jeszcze wytyczona, ale jest już mocno osadzona w ziemi. To, co czeka nas w przyszłości, to w mniejszym stopniu rozwiązywanie problemów na skalę eksperymentalną, a raczej efekt spill-over, który sprawi, że rozwiązania opracowane w jednym segmencie trafią do całej branży.