Преодоление ключевых препятствий в аддитивном производстве:практическое руководство

Опубликовано 26 октября 2022 г.

Оригинально опубликовано на fastradius.com 26 октября 2022 г.

3D-печать, также известная как аддитивное производство, — относительно новая технология, но она уже прошла долгий путь. С момента своего изобретения в 1980-х годах 3D-печать стала настолько распространенной в обрабатывающей промышленности, что в 2021 году мировой рынок 3D-печати оценивался в 12,6 миллиарда долларов США, а к 2026 году ожидается, что он вырастет до 34,8 миллиарда долларов США.

Хотя такие компании, как Adidas и Rawlings, использовали технологию 3D-печати для создания новых инновационных продуктов, аддитивное производство продолжает сталкиваться с проблемами внедрения в промышленном масштабе. Исследования показывают, что 63% предприятий, использующих аддитивное производство, используют эту технологию только для целей прототипирования, и только 21% используют ее для производства предметов, которые невозможно изготовить другими методами.

Общие проблемы в аддитивном производстве

Промышленные 3D-принтеры намного дешевле, чем промышленные станки с ЧПУ или машины для литья под давлением, но оборудование для аддитивного производства по-прежнему может быть дорогостоящим. Фактически, в опросе Stratasys 25% респондентов назвали затраты на оборудование главной проблемой при использовании аддитивного производства. Такой ответ неудивителен:накопление первоначальных затрат на 3D-принтер может занять время, и большинству предприятий требуется более одного принтера, чтобы справиться с объемом получаемых заказов, что означает вложение еще большего количества денег. Некоторые компании просто не могут оправдать капитальные затраты. 

Кроме того, есть сами затраты на производство и обработку. В том же опросе Stratasys 16% респондентов заявили, что производственные затраты, связанные с аддитивным производством, вызывают наибольшую озабоченность. Хотя 3D-принтеры очень автономны, им все равно нужен кто-то, кто отправит цифровой файл на принтер, убедится, что принтер настроен правильно, и запустит процесс печати. При печати методом наплавления нескольких материалов (FDM) может потребоваться присутствие кого-то, чтобы заменить нити в середине печати и, в зависимости от используемых материалов и принтера, отрегулировать сопло, скорость печати, настройки втягивания и температуру стола. Наконец, как только печать будет завершена, кому-то нужно будет удалить все опорные конструкции и обработать деталь, чтобы добиться качественной поверхности.

Помимо затрат на производство и обработку, существуют затраты на обслуживание аддитивного оборудования. 3D-принтеры могут выйти из строя без надлежащего обслуживания, в результате чего компании остаются без новых деталей на несколько дней (или даже недель), пока они ждут прибытия запасных частей. Для принтеров FDM обслуживание может заключаться в регулярной регулировке натяжения ремня и удалении скопившегося пластика из сопла. Принтеры Multi Jet Fusion (MJF) требуют регулярного обслуживания печатающей головки и нагревательной лампы, которое может стоить тысячи долларов в год, а принтеры стереолитографии (SLA) требуют регулярного обслуживания или даже замены резервуара со смолой. Со временем эти затраты на обслуживание, безусловно, могут увеличиться.

Аддитивное производство также создает проблемы после завершения печати. Большинство деталей, напечатанных на 3D-принтере, требуют той или иной постобработки, которая требует времени и увеличивает общие трудозатраты и накладные расходы на единицу. Например, детали SLA покрыты вязкими излишками смолы прямо из принтера, и их необходимо промывать в растворителе. Детали FDM часто требуют шлифовки или сглаживания паром из-за заметных линий слоев или дефектов поверхности, оставленных опорными конструкциями. Учитывая эти проблемы, неудивительно, что 9% респондентов опроса назвали требования к постобработке главной проблемой аддитивного производства.

Также стоит отметить, что аддитивное производство — гораздо более молодая технология, чем традиционные методы производства. Хотя литье под давлением и обработка на станках с ЧПУ используются уже несколько десятилетий и уже имеют большую базу данных совместимых материалов, а также общепринятые стандарты материалов, аддитивное производство имеет более ограниченный выбор материалов и меньше установленных стандартов на материалы.

К счастью, аддитивное производство становится все более популярным, и все больше предприятий инвестируют в разработку, стандартизацию и сертификацию аддитивных материалов. Фактически, одной из основных тенденций в аддитивном производстве в 2021 году стало внедрение новых аддитивных материалов. В конечном итоге это исследование позволит производителям сократить разрыв между аддитивным производством и другими технологиями. Установление общепринятых во всем мире стандартов в различных отраслях также поможет аддитивному производству укрепиться в сфере производства.

Технические проблемы аддитивного производства

По сравнению с литьем под давлением и обработкой на станках с ЧПУ аддитивное производство может иметь более низкую предсказуемость и повторяемость процесса. Например, детали, изготовленные аддитивным способом, часто проходят постобработку для улучшения качества поверхности, которая, если ее не контролировать должным образом, подвержена человеческим ошибкам и может привести к тому, что компоненты не смогут соответствовать жестким требованиям допусков. Эта проблема представляет собой проблему, когда речь идет об использовании аддитивного производства в отраслях, требующих чрезвычайно высокого уровня точности, таких как аэрокосмическая или автомобильная промышленность.

Несмотря на то, что аддитивное производство позволяет компаниям печатать сложные объекты без дополнительной сборки, методы постобработки могут увеличить время выполнения работ и увеличить бюджеты. Кроме того, компаниям, вероятно, придется инвестировать в ресурсы для проверки и контроля качества, чтобы гарантировать, что 3D-печатные детали соответствуют всем необходимым спецификациям.

Операционные и организационные проблемы аддитивного производства

Будучи относительно новой технологией, аддитивное производство также сталкивается с операционными и организационными проблемами. Мало того, что нет прецедентов для внедрения аддитивного производства на операционном уровне, но также отсутствуют бизнес-модели и модели расчета затрат, основанные на этой технологии. Многие компании также опасаются использовать 3D-печать, поскольку не уверены в право собственности на цифровые проекты.

Вдобавок к этим проблемам, существует мало специализированных образовательных программ, специально предназначенных для карьеры в аддитивном производстве, что привело к нехватке квалифицированного персонала с глубокими знаниями технологий и процессов. Эти факторы в сочетании с обычно ограниченными знаниями об аддитивных технологиях в компаниях, которые не специализируются конкретно на аддитивном производстве, означают, что многие клиенты не уверены, где это может повысить ценность их бизнеса, поэтому — часто в ущерб себе — они вообще избегают этого.

Решение проблем благодаря работе с опытным партнером по аддитивному производству

Если вы не совсем уверены, как внедрить аддитивное производство в свой бизнес, не можете понять, как проектировать 3D-печать, или не готовы к инвестициям и техническим проблемам, связанным с наличием собственных 3D-принтеров, лучше всего работать с партнером-производителем. Опытный партнер в области 3D-печати может помочь вам преодолеть многие основные проблемы, связанные с аддитивным производством, включая первоначальные затраты на оборудование, противоречивые результаты и недостаток знаний в области 3D-печати. Сотрудничество с партнером также может дать вам доступ к большему количеству аддитивных материалов и более широкому спектру возможностей постобработки.

Когда вы работаете с SyBridge, мы можем предоставить информацию о процессах проектирования и выбора материалов для технологий аддитивного производства и даже определить возможности экономии средств, которые помогут вам максимизировать ваши сбережения и прибыль. Свяжитесь с нами, чтобы поговорить с экспертом по аддитивному производству сегодня.