Additive Manufacturing:verleden, heden en toekomst

Met uitzondering van brand, is geen enkele technologie ooit echt klaar om op een zinvolle manier bij te dragen aan de productie totdat ze de tijd heeft gekregen om te groeien en uit te breiden. Computers zijn een goed voorbeeld. Ons huidige niveau van technologische verfijning zou niet mogelijk zijn zonder computers, en tieners maken routinematig selfies met handheld-apparaten met meer rekenkracht dan werd gebruikt om op de maan te landen. Het zou dan ook geen echte verrassing moeten zijn dat 3D-printen (ook bekend als additive manufacturing of gewoon AM) zijn belofte nog niet heeft waargemaakt.

Voortzetting van de computeranalogie, de eerste machine die zelfs maar deed alsof computer werd in het midden van de 19e eeuw gebouwd door Charles Babbage. De bedoeling achter Babbage's "Difference Engine" was om sneller en betrouwbaarder wiskundige tabellen te produceren. Pas bijna honderd jaar later kwam er iets dat moderne computers benadert op de werkplek, en de thuis-pc verscheen pas in 1977. Daarentegen bestaat 3D-printen pas sinds 1986, toen Chuck Hull van 3D Systems kwam op het idee toen ze een proces ontwikkelden dat UV-licht gebruikte om tafelbladcoatings uit te harden.

Additief explodeert in productie

De technologie is de afgelopen 30 jaar blijven groeien en ontwikkelen, maar de echte explosie in interesse kwam in 2012 met de introductie van 3D-printers voor thuisgebruik. Voorafgaand aan thuissystemen was 3D-printen voornamelijk beperkt tot achterkamers en laboratoria waar het werd gebruikt voor rapid prototyping. Bedrijven zoals MakerBot slaagden erin om in te spelen op de tijdgeest van de opkomende makerbeweging en promootten 3D-printers voor thuis als de ultieme werkplaatstool. Hoewel de belofte van een democratisering van technologie veel gebruikers aansprak, zijn de meeste beschikbare 3D-printers voor thuisgebruik analoog aan perforatiecomputers; traag en vervelend.

Hoewel de belangstelling van de consument voor 3D-systemen voor thuisgebruik is toegenomen en afgenomen, zijn de toepassingen in de industrie doorgegaan. Een van de meest enthousiaste early adopters van AM-technologie is GE. In tegenstelling tot hobbyisten, die mogelijk betrokken zijn geraakt bij deze opwindende nieuwe technologie zonder enig idee van de uitdagingen, realiseerde GE zich al snel dat er 3D-printexperts nodig waren als het een tijdige ROI wilde.

Dit besef leidde ertoe dat GE in 2012 een 3D-printbedrijf met de naam Morris Technologies overnam. Meer specifiek voegde de overname AM-expertise toe aan GE Aviation, waar die kennis snel aan het werk werd gezet het bedenken van een methode voor het 3D-printen van brandstofnozzles voor gebruik in zijn LEAP-straalmotor . Na wat proof-of-concept-testen, koos GE voor een AM-proces genaamd laser sinteren om de spuitmonden te produceren en ontdekte al snel twee van de basisprincipes van 3D-printen.

Flexibiliteit en besparingen

Het eerste uitgangspunt is dat 3D-printen mogelijk het meest flexibele productieproces is ooit uitgevonden. In plaats van een onderdeel te ontwerpen dat ten minste gedeeltelijk is gebaseerd op hoe gemakkelijk het zou zijn om te produceren, beginnen 3D-geprinte onderdelen hun leven in een digitale omgeving waar de primaire zorg functionaliteit is. Het is mogelijk, zelfs routinematig, om onderdelen te bouwen met extreem complexe interne geometrieën die onmogelijk (of uitzonderlijk duur) zouden zijn om te produceren met behulp van traditionele productiemethoden. GE's mondstuk heeft een overhangende interne architectuur die wordt vervaardigd in de loop van een enkele build, in plaats van dat er meerdere onderdelen nodig zijn die vervolgens moeten worden geassembleerd.

Het tweede principe is dat 3D-printen geld bespaart . In het geval van het mondstuk van GE zijn de besparingen tweeledig. Omdat het onderdeel in de loop van een enkele build wordt vervaardigd, bespaart het produceren met AM tijd. Hoewel het AM-proces zelf als traag kan worden beschouwd, is het mogelijk om een ​​complex onderdeel in minder dan 24 uur te produceren, wat razendsnel is in vergelijking met de oude methode voor het vervaardigen van een reeks kleinere onderdelen die moeten worden gemonteerd. Tijdsbesparing begint als gevolg van het wegnemen van de behoefte aan assemblage, er wordt meer tijd bespaard door de noodzaak van uitgebreide bewerkingen te verminderen, en nog meer tijd wordt bespaard door de supply chain te verkleinen of volledig te elimineren.

Bovendien bieden mondstukken die zijn vervaardigd via 3D-printen aanzienlijke materiaalbesparingen. Met behulp van traditionele subtractieve productiemethoden kunnen fabrikanten verwachten dat ze tot 90% van het materiaal verliezen dat nodig is om een ​​onderdeel te bouwen. Dit verlies is met name lastig in industrieën zoals de luchtvaart, die regelmatig titanium en andere vergelijkbare kostbare materialen gebruikt. 3D-printen vermindert de verwachte materiaalverspilling echter tot minder dan 10%.

De Toekomst

In een tijd waarin de onzekerheid van investeerders een ongunstig beeld van 3D-printen in de hoofden van het grote publiek heeft geworpen, heeft GE verdubbeld. Na de eerste kennismaking met AM in 2012 heeft GE sindsdien miljoenen meer geïnvesteerd in onderzoek en ontwikkeling op het gebied van 3D-printen, waaronder de bouw van een AM-fabriek met een groot volume van 300.000 m² in Auburn en een Center for Additive Technology Advancement net buiten Pittsburg. . Elk jaar worden de systemen sneller, groter of bieden ze een verbeterde resolutie. Terwijl de 3D-printtechnologie zich verder ontwikkelt, heeft GE zichzelf al in een positie geplaatst om te profiteren van elke verbetering. Het is slechts een kwestie van tijd voordat andere bedrijven zijn voorbeeld volgen.

Andere informatiebronnen:

3D-printen en kleine bedrijven

Voorbeelden voor bedrijven

Bedrijven die additieven gebruiken

Industriële voorbeelden

Speciale dank aan:
John Newman, een freelance schrijver in de maakindustrie.