8 проблем, которые необходимо решить аддитивному производству, чтобы стать жизнеспособным для производства

Аддитивное производство прошло долгий путь со времен быстрого прототипирования. С момента своего появления в 1980-х годах технологии 3D-печати нашли инновационное применение и помогают снизить производственные затраты и время выполнения заказа, улучшить характеристики продукта и сделать массовую настройку жизнеспособной в масштабе. Тем не менее, AM сталкивается с ключевыми проблемами, когда дело доходит до крупносерийного производства. В этой статье мы описываем 8 проблем, с которыми сталкивается отрасль, и шаги, которые предпринимаются для их решения.

1. Выявление бизнес-кейса

Создание экономического обоснования аддитивного производства - задача, с которой сталкиваются многие компании, особенно с учетом высоких затрат, связанных с началом работы. Долгосрочные финансовые преимущества аддитивного производства очевидны и включают:

• Снижение затрат на инструменты
• Возможность экономично создавать сложные геометрические формы.
• Экономичная настройка

Однако факт остается фактом:потребуются предварительные инвестиции в технологию - от оборудования до материалов и, возможно, оборудования для постобработки.

Для тех, кто хочет 3D-печать металлом, например, машины AM по металлу могут легко стоить более 100 000 долларов, не считая затрат на материалы и оборудование для постобработки.

Поэтому переход к интеграции AM в существующие производственные процессы может показаться трудным для оправдания. Рентабельность инвестиций AM должна быть равна или превышать другие доступные методы производства, как поясняет Тим ​​Вебер, глобальный руководитель HP Metal Jet:

«Производители 3D-принтеров должны иметь превосходную экономику, позволяющую нам конкурировать. не с другими компаниями-производителями аддитивов, а с использованием традиционных методов, таких как литье по выплавляемым моделям, литье металла под давлением и ЧПУ ».

Однако есть ряд шагов, которые можно и уже предпринимают для решения этой проблемы.

Одним из низких барьеров для входа является использование услуг бюро услуг 3D-печати и использование их опыта для определения наиболее подходящих приложений для 3D-печати для вашего бизнеса.

Наряду с определением областей, в которых 3D-печать станет активом, производители также должны оценить затраты, чтобы понять, какие методы 3D-печати или традиционные (литье под давлением, обработка с ЧПУ и т. д.) лучше всего подходят для конкретного приложения. .

С другой стороны, по мере развития отрасли ожидается снижение затрат на оборудование, материалы и эксплуатационные расходы. Эти разработки со временем будут способствовать переходу AM к серийному производству.

2. Объемы производства

Для поддержки больших объемов (и коротких сроков выполнения заказов), необходимых для серийного производства, рабочие процессы аддитивного производства должны быть быстрыми и масштабируемыми. В настоящее время большинству систем AM не хватает скорости, необходимой для массового производства, особенно по сравнению с традиционными методами производства.

В то время как производители оборудования AM разрабатывают более быстрые системы для решения этой проблемы, время печати каждой детали - лишь одна часть головоломки. Все этапы предварительной и последующей обработки также определяют потенциальную пропускную способность и также должны быть приняты во внимание.

Постобработка, например, является ключевым узким местом. Почти все детали, напечатанные на 3D-принтере, потребуют некоторой постобработки, которая составляет 30-60% всего производственного процесса. Потребуется найти способы автоматизации стадии постобработки - и такие компании, как PostProcess Technologies, уже предлагают решения постобработки.

Таким образом, сокращение времени сборки AM, автоматизация каждого этапа рабочего процесса AM и минимизация этапов постобработки являются важными шагами, необходимыми для масштабирования AM для операций большего объема.

3. Повторяемость

Когда дело касается серийного производства, необходимость в повторяемости невозможно недооценить. Однако постоянное производство надежных деталей - постоянная проблема, с которой сталкивается AM. Например, использование одинаковых настроек может привести к различиям в производстве одной и той же детали.

Список факторов, которые могут повлиять на качество конечной детали, обширен и включает в себя:ориентацию детали в платформе сборки, калибровку машины, качество материала и то, как детали удаляются из сборки.

Все переменные процесса, участвующие в процессе, должны быть строго определены и контролироваться, чтобы обеспечить успешную печать каждый раз, что является немалым подвигом.

Хорошая новость заключается в том, что отрасль предпринимает шаги по обеспечению прогнозируемого и воспроизводимого аддитивного производства. Например, производители систем AM разрабатывают новые машины, оснащенные системами мониторинга в процессе производства и управления с обратной связью, чтобы обеспечить больший контроль над производственным процессом.

4. Доступность материалов

Разработка материалов прошла долгий путь со времен запатентованных нитей прошлого. В настоящее время технологии 3D-печати можно использовать с широким спектром материалов, включая металлы, керамику, полимеры и композиты.

И все же доступность подходящих материалов остается одним из самых больших препятствий на пути использования аддитивного производства в качестве метода производства. Разнообразие материалов ограничено, доступен лишь относительно небольшой набор совместимых материалов.

Одна из причин этого заключается в том, что многие материалы для 3D-печати являются собственностью. Запатентованные материалы могут помочь компании установить свою монополию, но вынуждают клиентов покупать материалы напрямую у производителей 3D-принтеров.

Сертификация материалов AM - второе препятствие. Сертификация требуется, чтобы гарантировать соответствие материалов AM тем же стандартам, что и традиционные методы, и может потребовать много времени и средств.

Тем не менее, рынок материалов AM стремительно развивается, и теперь подавляющее большинство производителей открыты для разработки новых материалов третьими сторонами. Некоторые компании, такие как Ultimaker и HP, активно используют подход открытой платформы, что позволяет сотрудничать с некоторыми из крупнейших поставщиков материалов. Эти разработки, в свою очередь, позволят ускорить разработку новых материалов.

В недавнем интервью AMFG президент Ultimaker Джон Кавола сказал:«В прошлом большинство технологий 3D-печати ограничивалось лишь горсткой материалов, в первую очередь для создания прототипов. Крупнейшие компании в этой сфере, такие как 3D Systems, EOS и Stratasys, не имели в штате сотен ученых-материаловедов - у них было несколько человек, и они разрабатывали материалы для своих индивидуальных платформ.

«Но как только вы создадите стимул для участия крупных компаний по производству пластмасс, они принесут на рынок всю свою коллективную мудрость, которая, я думаю, поможет всем».

5. Безопасность

Безопасность становится все более важной проблемой для компаний, стремящихся внедрить аддитивное производство.

Как и другие цифровые технологии Индустрии 4.0, 3D-печать уязвима для угроз безопасности и кибератак. Например, возможность кражи или подделки данных может поставить под угрозу интеллектуальную собственность компании.

Безопасность станет особенно важной, поскольку новые бизнес-модели, включающие виртуальные запасы и децентрализованное производство по запросу, продолжают набирать обороты. Однако для достижения этой стадии потребуется разработка индивидуальных решений для обеспечения безопасности и защиты интеллектуальной собственности во всей экосистеме AM.

На данный момент такие решения находятся на ранней стадии внедрения. Такие компании, как AMFG и LEO Lane, стремятся к стратегическому партнерству. Другие регистрируют патенты и запускают инициативы по адаптации технологий безопасности, таких как блокчейн, для аддитивного производства.

Решение проблем, связанных с защитой цифрового потока, не только повысит уровень доверия к 3D-печати как производственной технологии, но и обеспечить большую прослеживаемость по всей цепочке поставок.

6. Стандартизация

Отсутствие исчерпывающего набора стандартов для аддитивного производства остается одним из ключевых препятствий на пути к тому, чтобы технология стала мейнстримом.

В строго регулируемых отраслях, таких как аэрокосмическая и оборонная, медицинская и автомобильная, детали, напечатанные на 3D-принтере, предназначенные для конечного использования, должны соответствовать строгим требованиям. Сертификация и стандартизация будут ключом к укреплению этого доверия и внедрению надежных подходов к сертификации. В настоящее время многие из существующих руководств по производству применимы только к традиционным методам производства, и необходимо будет разработать или адаптировать новые стандарты для AM.

Однако путь к стандартизации AM долог. К счастью, некоторые из крупнейших организаций по разработке стандартов, такие как ISO и ASTM International, уже начали процесс разработки отраслевых стандартов.

Благодаря их усилиям уже существует более 25 утвержденных стандартов и еще 19 стандартов в стадии разработки (по состоянию на конец 2018 года). ASTM International также вкладывает значительные средства в исследовательские проекты, ориентированные на AM, стремясь преодолеть разрыв между исследованиями и разработками, стандартизацией и более широкой коммерциализацией отрасли.

7. Обучение

Возможно, самым серьезным препятствием для внедрения AM является текущий дефицит навыков. В отчете Deloitte за 2016 год делается вывод о том, что девять из десяти производителей испытывают трудности с наймом работников с нужными навыками. Таким образом, с нехваткой навыков сталкивается производство в целом.

Передовые технологии, такие как аддитивное производство, требуют новых навыков. Возьмем в качестве примера дизайн для аддитивного производства (DfAM):такие инструменты, как генеративное проектирование и оптимизация топологии, потребуют от инженеров переосмысления традиционных подходов к проектированию. Другие области включают техническое обслуживание машин, погрузочно-разгрузочные работы и знания постобработки.

Образование и обучение станут решением для перехода. Компании должны активно инвестировать в обучение своих сотрудников, давая сотрудникам возможность учиться и внедрять инновации с помощью этих передовых технологий.

8. Сквозные рабочие процессы

3D-печать - одна из важных технологий для создания «умных фабрик».

Тем не менее, в действительности большинство компаний с трудом пытаются внедрить непрерывный процесс управления рабочим процессом AM. Одно из узких мест заключается в использовании разных пакетов программного обеспечения для перехода от проектирования к готовой детали. Это создает отключенный процесс, значительно снижая эффективность.

К счастью, появляется все больше решений для устранения этого узкого места. Например, программное обеспечение для автоматизации рабочих процессов появилось для решения проблем, связанных с отключением рабочих процессов. Использование единой платформы для управления всей экосистемой AM, от запросов до постпроизводственного контроля, позволяет как автоматизировать ручные, рутинные задачи, так и повысить отслеживаемость на каждом этапе процесса AM.

Забегая вперед

В последние годы аддитивное производство стремительно развивается, и 2019 год, похоже, не станет исключением. Тем не менее, несмотря на прогресс в индустриализации AM, еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем эту технологию можно будет эффективно использовать в качестве метода производства концевых деталей в больших масштабах. Необходимо будет снизить затраты, больше внимания уделить обучению, и компаниям нужно будет определить ценность технологии для своих приложений. По мере развития технологий и отрасли и решения этих проблем скорость внедрения AM будет только расти.