Hvordan 3D-utskrift forstyrrer Mainstream Manufacturing Processes

Hvordan 3D-utskrift forstyrrer Mainstream Manufacturing Processes
Allen and Betty Harper
Teamet Av Forfattere
Allen and Betty Harper
Familie Med Den Gylne Hender
Vurdering:
5

Hagt av noen observatører som "en industriell revolusjon for den digitale tidsalder", har rask produksjon blitt forandret ansiktet i produksjonsindustrien i noen tid nå. Mange tror at 3D-utskriftsteknologien demokratiserer design og produksjon, noe som gjør den mer tilgjengelig og mindre avhengig av stordriftsfordeler. Tradisjonelle produksjonsmetoder kommer ofte med forbudte verktøykostnader, noe som betyr at mindre bedrifter og enkeltpersoner ofte blir priset ut av markedet når det gjelder produktutvikling. 3D-utskrift har blitt hilst som en spillveksler skjønt, og har gjort det mulig for bedrifter å gjøre fremskritt for produksjonsprosesser som tidligere var utænkelige.

Her på Freshome er vi fascinert av prosessen med 3D-utskrift, og vi ønsket å finne ut mer om denne forstyrrende teknologien som revolusjonerer produksjonsindustrien. Heldigvis var en ekspert på feltet på plass for å svare på noen av våre spørsmål. Dr. Phil Reeves er administrerende direktør og prinsipp Konsulent hos Econolyst Ltd, en britisk basert additivproduksjon (AM) og 3D-utskriftskonsulent og forskningsfirma som arbeider med et bredt spekter av kunder over hele Europa, Nord-Amerika, Midtøsten, Fjernøsten & Afrika. Dr Reeves anbefaler produsenter av additiv produksjonssystemer på fremtidig forretnings- og teknologistrategi, og teknologibrukere på forretningsfordelene ved AM-adopsjon.

Hva er egentlig 3D-utskrift?

3D-utskrift er et begrep som brukes til å beskrive en rekke nye teknologier som produserer håndgripelige produkter fra 3-dimensjonale datadata. Teknologien refereres ofte til i industrien som "Additive Manufacturing", som tilnærmingen virker ved å binde sammen todimensjonale lag av materiale, lag for lag, til 3D-delen er fullført.

3D-utskrift har eksistert i over 20 år allerede, hvilken fremgang har det blitt gjort på den tiden?

Tidlige 3D-utskriftmaskiner ble brukt bare for å lage Rapid Prototyping (RP) -modeller som ble brukt under produktutvikling. Disse tidlige RP-modellene hadde svært begrenset styrke og vil ofte deformere eller degradere i løpet av noen uker eller til og med produksjonsdagene. Men da de bare ble brukt til å vurdere et produkts form eller form, var det akseptabelt på det tidspunktet.

Etter hvert som teknologien har modnet, så har materialet som er tilgjengelig for oss, økt, og med dette har det kommet forbedringer i mekaniske egenskaper og lang levetid. Vi kan nå produsere deler i metaller som titan eller gull, polymerer som ABS, Nylon og polykarbonat eller keramikk som aluminium eller zirkonium.

Parallelt har teknologiene blitt større og raskere, noe som gjør dem mer produktive og mer økonomiske når det gjelder volumproduksjon. Det er koblingen på økt produktivitet med økt materialegenskaper som kjører teknologien i hovedstrømproduksjonsapplikasjoner på områder som ortopediske implantater, dental caps og crowns, høreapparater, mobiltilbehør, proteseklærdeksler og hjemmeinnredningsprodukter.

Hvordan brukes 3D-utskriftsteknologi i interiørindustrien?

Interessant nok var hjemmekonstruksjonen en av de første applikasjonene hvor 3D Printing var virkelig brukt til å produsere produkter, snarere enn bare prototyper. Rundt tusenårsskiftet begynte noen unge kreative designere som hadde blitt utsatt for RP-teknologier ved universitetet å etablere bedrifter som selger 3D-trykte interiørprodukter, fra lampefittings og fruktskåler til møbler og kunst.

Sannsynligvis den mest innflytelsesrike var Janne Kyttanen på skapefrihet. Janne forsto kraften i 3D-utskrift i form av en bedriftsforetak. Han var i stand til å etablere et selskap som selger geometrisk komplekse produkter som tidligere var utænkelige, uten at det var behov for noen kapitalinvesteringer i verktyget. Gjennom internett ble han i stand til å selge produkter nesten før de ble til og med produsert, og fikk små batcher produsert på forespørsel av tredjepartsfirmaer som hadde investert i 3D-utskriftsteknologien for å betjene RP-industrien.

Andre selskaper som Materialize MGX begynte snart å samle 3D-trykte interiørprodukter fra flere designere og markedsføre dem gjennom mer tradisjonelle interiørforhandlere. Andre 3D-utskriftsproduktdesignere som Lionel Dean at Future Factories, samarbeidet med eksisterende interiørprodusenter som Kundalini-belysning i Italia, med sine kanaler for å bringe 3D-trykte produkter på markedet.

Og hvordan blir det brukt av arkitekter?

For øyeblikket er 3D-utskrift fortsatt veldig mye et raskt prototypingsverktøy for arkitekter. Etter hvert som flere og flere arkitekter har overgått fra 2D Computer Aided Design (CAD) -programvare til 3D CAD-programvare, har de vært i stand til å utnytte koblingen mellom 3D CAD og 3D-utskrift. Arkitekter produserer nå regelmessig svært detaljerte modeller av bygninger, interiør, 3D-planer og til og med hele masterplaner for ombygginger, muliggjort ved å knytte 3D-utskrift med topologisk skanning og satellittdata. Det er også mulig å pakke ut data på et bestemt geografisk område fra Google Earth og 3D, skriv ut dette som et hjelpemiddel til masterplanlegging.

Vi ser nå at noen selskaper utvikler 3D-teknologi spesielt for byggebransjen, for eksempel D-Shape.D-form har utviklet et stort 3D-utskriftssystem som bruker gjenvunnet marmorpulver eller sand, som konsolideres ved å jette et bindemiddel inn i materialet. D-Shape produserer nå relativt store (ca 5M høye) arkitektoniske produkter som gazebos, kiosker, parkbenker og møbler. Andre forskergrupper ser på skalering 3D-utskrift videre for produksjon av hele bygninger, men jeg tror dette er kanskje et tiår eller to borte fra å være en realitet, hvis i det hele tatt.

I hvilken grad er markedstrender og forbrukerforventninger kjører 3D-utskrift?

Det er absolutt mye interesse og hype rundt 3DP for øyeblikket. På den ene siden er det bra. Men på den annen side må vi være forsiktige for ikke å oversell evnen til teknologien. Teknologien har vært veldig god til å svare på noen markedstrender, for eksempel markedet for mer stilistiske og individuelle mobiltelefondeksler. Teknologien har også reagert på veksten i onlinespill og sosiale nettverk, slik at online spillkarakterer og avatarer kan realiseres til konkrete, men likevel tilpassede produkter.

Men det er fortsatt begrensninger når det gjelder prosessøkonomiske og materielle evner. Det er en forventning om at en dag 3D-utskrift vil kunne skrive ut nesten alt, selv i hjemmet, fra gryter og panner, til ødelagte deler av vaskemaskiner, dusjer eller fjernkontrollen. Virkeligheten er, vi er år borte fra slike systemer. Men vi har allerede relativt grunnleggende systemer rettet mot forbrukermarkedet som passer til produksjon av grunnleggende leker, spill og kurioser.

Hvilken effekt har 3D-utskrift å ha på design og produksjonsprosesser?

Et av de viktigste aspektene ved 3D-utskrift er evnen til å produsere komplekse geometrier med lite om ingen kostnadsstraff. Faktisk brukes 3D-utskrift ofte til å lage produkter som er umulige å produsere ved hjelp av tradisjonelle prosesser som plastikkstøping. Designere utnytter denne geometriske fleksibiliteten ved å muliggjøre større og større nivåer av produktdifferensiering. Til slutt trenger ikke noe 3DP-produkt noensinne å være det samme.

Denne batchproduksjonen med en-enhet er også en overbevisende driver til produksjonssamfunnet. I tidligere produksjonsøkonomi var det alltid basert på å produsere tilstrekkelige komponenter for å dekke kostnadene til anleggsmidler, som formeverktøyene. Men når du tar bort behovet for støpeverktøyene, endres den økonomiske modellen dramatisk.

Prosessen med 3D-utskrift gir noen reelle fordeler når det gjelder forsyningskjeden. Kan du forklare disse fordelene?

3D-utskrift er ikke bare en forstyrrende teknologi som brukes til å erstatte støping, støping eller bearbeiding. Det er en mulig teknologi som gjør det mulig for bedrifter å tenke annerledes om sine forsyningskjeder, og enda viktigere verdikjeden og samspillet med kundene i sin virksomhet. Det er egentlig seks hovedfordeler på tvers av denne verdikjeden som er resultatet av implementeringen av 3D-utskrift.

  • Digital og verktøyløs produksjon - muliggjør økte nivåer av produktvarians og mindre økonomisk batchproduksjon for å støtte spesifikke geografiske, demografiske eller sosiale trender
  • Utnytte designfriheter - muliggjør produksjon av produkter med økende nivåer av geometrisk kompleksitet, med lite om ingen kostnadsstraff
  • Aktiverer produktpersonalisering - kobling av lavvolumsproduksjon i batchstørrelser på en med kompleks geometri for å realisere individuelle produkter
  • Tilbyr nye opplevelser i detaljhandel - engasjerer forbrukeren i produktdesignopplevelsen gjennom online eller i butikk tilgang til intuitive programvareverktøy eller 3D-skanning
  • Adressering av fremvoksende markeder - Kobling av produktpersonalisering med tilgjengelighets tilgjengelighet for en aldrende og skiftende befolkning
  • Grønne forsyningskjeden - redusere lagerbeholdning, redusere emballasjeavfall, redusere logistikk og redusert produksjon CO2

I virkeligheten kan 3D-utskrift helt omorientere forsyningskjeden, da den setter forbrukeren i både bakenden og forsiden av kjeden. Forbrukerne kan engasjere seg i den opprinnelige produktdesignen, eller de kan bestille på forespørsel, med produkter som blir gjort etter utveksling av betaling. 3D-utskrift kan aktivere både en smidig responsiv forsyningskjede, men også en som er lean - vi kaller det legil produksjon.

Hva er materialbegrensningene til 3D-utskrift, og hvilke framskritt blir det gjort for å overvinne disse begrensningene?

Som vi har sagt, har vi fortsatt materielle begrensninger. Noen er fysiske, noen er økonomiske, noen er estetiske og noen er miljømessige. 3D-utskriftsprosesser kjører fortsatt for å oppnå de mekaniske egenskapene til støpt plast eller metalldeler maskinert fra solid. Men det skjer mye arbeid i laboratorier og universiteter over hele verden for å utvide omfanget av materialer og forbedre det vi allerede har.

Vi ser også flere bedrifter som kommer inn i forsyningskjeden, noe som reduserer kostnadene for råvarer, noe som selvsagt påvirker økonomien til de produserte delene. Vi ser også bedre fargegjennomgang og gjennomsiktighet, forbedrer delestetikken, sammen med mer bærekraftige materialer som grønne polymerer som Nylon 11 og PLA avledet fra planter i stedet for olje. Vi har fortsatt en lang vei å gå, men vi beveger oss fort og går i riktig retning.

Hva er de viktigste snublene for at 3D-utskrift blir en vanlig teknologi?

Som vi har sagt, er materialer et problem, men dette kan reduseres til en viss grad gjennom produktdesign.Økonomi er også et problem, da produksjonen av 3D-trykkmaskiner og -materialer er relativt dyr og relativt langsom, slik at delene de produserer synes dyrere enn de som fremstilles ved masseproduksjonsteknikker. Men som materielle priser faller og produktiviteten øker, så økonomien i 3D-utskrift blir mer akseptabelt.

Den andre hovedbegrensningen er kunnskap. Mange bedrifter forstår ganske enkelt ikke hvordan man skal bruke 3D-utskrift eller hvor de skal plassere det innenfor verdikjeden. Deres nåværende produksjonsforsyningskjede føles sårbar, og deres produktdesignere forstår ikke fullt ut hvordan de utnytter de geometriske fordelene, og deres markedsføringsfunksjoner sliter med å forstå hvordan man integrerer 3D-utskrift i kundens verdikjede. Jeg antar det er hvor vi kommer inn som en konsulentvirksomhet som hjelper bedrifter å forstå disse problemene, vurdere teknologiene, utvikle forretningssaken og implementere i verdi-strømmen.

Med adventen av bærbare skrivebords 3D-utskriftsmaskiner har det vært snakk om at vi snart vil få disse i våre hjem. Hvor sannsynlig er dette scenariet?

Jeg har to 3D-trykkerier i huset mitt og barna mine elsker dem. Men igjen har en undertaker sannsynligvis den merkelige kisten på to i garasjen. Seriøst har interessen for 3D-utskrift i hjemmet vært fenomenal de siste par årene, og veksten i selskaper som gjør maskiner til å betjene markedet. Sist vi regnet, fant vi over 40 selskaper over hele verden å lage low-end, hjemme, forbrukerprintere. De fleste er basert på samme åpen kildekodeutforming av ekstrudering av smeltet polymer gjennom en dyse, men noen bruker andre tilnærminger. I fjor ble rundt 15.000 hjemmeprintere solgt. Vi regner med at tallet blir nærmere 60.000 i år (kanskje mer). Så ikke alle hjem - bare ennå.

For øyeblikket brukes de fleste hjemmebrukere av folk som er interessert i teknologien eller er interessert i produktdesign. Vi ser flere og flere folk kjøper da for å støtte deres hobbyer, om det er fjernstyrte flydeler eller til og med å lage tilpassede fiske lokker. De er flotte fra et utdanningsperspektiv - ta en 3D-skriver, litt cochineal matfargestoffer, eddik og bikarbonat, og du har det beste "klassebesøkende" vulkanen lekseprosjektet noensinne.

Hvilke råd vil du gi til gründere som ønsker å utforske 3D-utskrift som en potensiell forretningsinvestering?

Du må kjenne ditt marked, kjenne dine kunder og kjennskap til dine ferdigheter. Det er mange muligheter overfor forsyningskjeden fra å designe 3D-trykte produkter, selge dem på nettet eller på high street, utvikle programvaregrensesnitt for å tillate andre å engasjere seg i designprosessen, formulere nye materialer eller for de med dypere lommer, sette opp produksjonskapasitet . For bedrifter er nøkkelen å forstå kundens erfaring og verdien av teknologien. For noen selskaper er 3D-utskrift en stille enabler - noe som gjør selskapenes liv enklere. For andre er 3D-utskrift "krok", årsaken til at produktet eksisterer, differensiatoren. Når bedrifter forstår hvordan 3D-utskrift kan gi mer verdi, må de forstå hvordan man bruker det og når man skal bruke det, men det er en annen historie.

Freshome vil gjerne takke dr. Phil Reeves for sin ekspert innsikt i verden av 3D-utskrift. Alle bildene er omtalt i denne artikkelen med frihet til å skape