Jotkut tarkkailijat ovat "digitaalisen aikakauden teollisen vallankumouksen" mainettamaa, nopea valmistus on muuttanut valmistusteollisuuden kasvot jo jonkin aikaa. Monet uskovat, että 3D-tulostusteknologia on demokratisoida suunnittelua ja valmistusta, mikä tekee siitä entistä helpompaa ja vähemmän riippuvainen mittakaavaeduista. Perinteisiin valmistusmenetelmiin liittyy usein kohtuuttomia työkalukustannuksia, joten pienemmät yritykset ja yksityishenkilöt hinnoitellaan usein markkinoilta tuotekehityksessä. Kolmiulotteinen tulostus on ollut pelimuutoksena, ja se on mahdollistanut yrityksille mahdollisuuden edistykselliseen valmistukseen.
Täällä Freshomessa olemme kiinnostuneita 3D-painatusmenetelmästä ja halusimme tietää lisää tästä häiritsevästä teknologiasta, joka mullistaa valmistusteollisuuden. Onneksi alan asiantuntija oli valmiina vastaamaan joihinkin kysymyksiimme. Tohtori Phil Reeves on Econolyst Ltd: n toimitusjohtaja ja pääkonsultti, UK-pohjainen lisäaineen valmistus (AM) ja 3D-tulostusneuvonta- ja tutkimusyhtiö, joka työskentelee monenlaisten asiakkaiden kanssa Euroopassa, Pohjois-Amerikassa, Lähi-idässä, Afrikassa. Tohtori Reeves neuvoo lisäaineiden valmistusjärjestelmien toimittajia tulevasta liiketoiminta- ja teknologiastrategiasta ja teknologian käyttäjät AM-hyväksymisen liiketoiminnasta.
Mikä on 3D-tulostus?
Kolmiulotteinen tulostus on termi, jota käytetään kuvaamaan erilaisia kehittyneitä teknologioita, jotka tuottavat konkreettista tuotetta kolmiulotteisista tietokonetiedoista. Tekniikkaa kutsutaan usein teollisuudeksi "lisäaineeksi valmistettavaksi", koska lähestymistapa toimii yhdistämällä kaksiulotteiset materiaalikerrokset kerros kerrallaan, kunnes 3D-osa on valmis.
Kolmiulotteinen tulostus on ollut jo yli 20 vuotta, mitä edistystä on tapahtunut tuolloin?
Aikaisempia 3D-tulostuskoneita käytettiin yksinomaan tuotekehityksen aikana käytettävien Rapid Prototyping (RP) -mallien tuottamiseen. Näillä varhaisimmilla RP-malleilla oli hyvin vähäinen lujuus ja ne muuttuivat usein tai heikkenivät viikon sisällä tai jopa valmistuspäiväinä. Mutta koska niitä vain arvioitiin tuotteen muodon tai muodon arvioimiseksi, se oli hyväksyttävissä tuolloin.
Koska tekniikka on kypsynyt, niin käytettävissä olevien materiaalien valikoima on kasvanut, ja tästä on tullut parannuksia mekaanisiin ominaisuuksiin ja pitkäikäisyyteen. Voimme nyt tuottaa osia metalleista, kuten titaania tai kultaa, polymeerejä, kuten ABS, nailonia ja polykarbonaattia tai keraamisia, kuten alumiinia tai zirkoniumia.
Samanaikaisesti teknologiat ovat suurempia ja nopeampia, mikä tekee niistä tuottavampia ja taloudellisempia volyymin tuotannossa. Se on kytkentä lisääntyvään tuottavuuteen, kun materiaalin soveltuvuus paranee, ja se käyttää tekniikkaa päävirta-tuotesovelluksiin esimerkiksi ortopedisten implanttien, hampaiden korkkien ja kruunujen, kuulolaitteiden, matkapuhelinten koteloiden, proteettisten raajojen kattojen ja kodin sisustustuotteiden alalla.
Miten 3D-tulostustekniikkaa käytetään sisätiloissa?
Mielenkiintoista on, että kodin sisätilat olivat yksi ensimmäisistä sovelluksista, joissa 3D-tulostusta todella käytettiin tuotteiden valmistukseen pikemminkin kuin prototyyppeihin. Vuosituhannen vaihteessa jotkut nuoret luovan suunnittelijat, jotka olivat olleet alttiina RP teknologialle yliopistossa, alkoivat perustaa yrityksiä, jotka myyvät 3D-painettuja sisustustuotteita lamppujen varusteista ja hedelmäkulhoista huonekaluihin ja taiteeseen.
Todennäköisesti vaikutusvaltaisin oli Janne Kyttanen vapauden luomisessa. Janne ymmärsi 3D-tulostuksen voiman liiketoiminnan mahdollistajana. Hän pystyi perustamaan geometrisesti monimutkaisia tuotteita myyviä yrityksiä, jotka olivat aikaisemmin mahdotonta ajatella, ilman mitään ylimääräistä pääomasijoitusta työkaluissa. Internetin kautta hän pystyi myymään tuotteita melkein ennen kuin heidät valmistettiin, jolloin kolmansien osapuolten yritykset, jotka olivat panostaneet 3D-tulostusteknologiaan RP-alan palvelukseen, tuottamat pienet erät pyynnöstä.
Muut yritykset, kuten Materialize MGX, alkoivat pian yhdistää 3D-painetut sisustustuotteet useilta suunnittelijoilta ja markkinoida niitä perinteisemmillä jälleenmyyjillä. Muut 3D-painotuotteiden suunnittelijat, kuten Lionel Dean Future Tehtailla, ovat tehneet kumppanuuksia nykyisten sisustustuotteiden valmistajien kanssa, kuten Kundalini-valaistus Italiassa, käyttämällä kanaviaan tuomalla 3D-painotuotteita markkinoille.
Ja miten arkkitehdit käyttävät sitä?
Tällä hetkellä 3D-tulostus on edelleen erittäin nopea prototyyppityökalu arkkitehdille. Kun yhä useammat arkkitehdit ovat siirtyneet 2D Computer Aided Design (CAD) -ohjelmistosta 3D CAD -ohjelmistoon, he ovat kyenneet hyödyntämään 3D CAD- ja 3D-tulostuksen välistä yhteyttä. Arkkitehdit tuottavat säännöllisesti hyvin yksityiskohtaisia malleja rakennuksista, sisätiloista, 3D-sivustosuunnitelmista ja jopa koko kehityshankkeista, jotka on mahdollista yhdistää 3D-tulostus topologiseen skannaukseen ja satelliittitietoihin. On jopa mahdollista tuoda tietoja tietystä maantieteellisestä alueesta Google Earthista ja 3D-painatus tätä varten apuna master-suunnittelussa.
Näemme nyt joitain yrityksiä, jotka kehittävät 3D-tekniikkaa erityisesti rakennusteollisuudelle, kuten D-Shape.D-muoto on kehittänyt suuren mittakaavan 3D-tulostusjärjestelmän, joka käyttää regeneroitua marmoripulveria tai hiekkaa, joka yhdistetään sideaineen suihkuttamiseksi materiaaliin. D-Shape tuottaa nyt suhteellisen suuria (noin 5M korkea) arkkitehtuurituotteita, kuten huvipuistoja, kioskeja, puistonpenkkejä ja huonekaluja. Muut tutkimusryhmät tarkastelevat 3D-painatusta entisestään koko rakennusten tuottamiseksi, mutta mielestäni tämä on ehkä vuosikymmen tai kaksi poissa olemasta todellisuutta, jos ollenkaan.
Missä määrin markkinatrendit ja kuluttajien odotukset johtavat 3D-tulostukseen?
Tällä hetkellä 3DP: llä on varmasti paljon kiinnostusta ja hypeä. Toisaalta se on hyvä asia. Toisaalta meidän on kuitenkin oltava varovainen, jotta emme ymmärrä tekniikan kykyjä. Teknologia on ollut erittäin hyvää vastaamaan eräisiin markkinatrendeihin, kuten tyylisempien ja yksilöllisten matkapuhelimien markkinat. Teknologia on myös vastannut online-tietokonepelien ja sosiaalisen verkostoitumisen kasvuun, mikä mahdollistaa online-pelien merkkien ja avatareiden toteuttamisen konkreettisiksi, mutta henkilökohtaisiksi tuotteiksi.
Prosessin taloudellisista ja aineellisista ominaisuuksista on kuitenkin edelleen rajoituksia. Odotetaan, että yhden päivän 3D-tulostus pystyy tulostamaan melkein mitä tahansa, jopa kotona, pannuista ja pannuista, rikki osiin pesukoneista, suihkeista tai television kaukosäätimestä. Tosiasia on, että olemme vuosien päässä tällaisista järjestelmistä. Mutta meillä on jo suhteellisen perusjärjestelmät kuluttajamarkkinoille, jotka soveltuvat peruslelujen, pelien ja kuriirien valmistukseen.
Millainen vaikutus 3D-tulostus on suunnittelu- ja valmistusprosesseissa?
Yksi tärkeimmistä 3D-painatuksen osa-alueista on kyky valmistaa monimutkaisia geometryjä vähän ilman kustannussäästöjä. Itse asiassa 3D-tulostusta käytetään usein sellaisten tuotteiden valmistamiseen, joita ei voida tuottaa perinteisin menetelmin, kuten muoviin ruiskuvalamalla. Suunnittelijat hyödyntävät tätä geometrista joustavuutta mahdollistaen suuremman ja suuremman tuotevalikoiman. Lopulta 3DP-tuotteen ei tarvitse koskaan olla sama.
Tämä yhden yksikköerän tuotanto on myös pakottava kuljettaja valmistusyhteisölle. Aikaisemmin tuotantotalous perustui aina riittävien komponenttien tuottamiseen kiinteän omaisuuden, kuten muottityökalujen, kustannusten kattamiseksi. Mutta kun poistat muotityökalut, taloudellinen malli muuttuu dramaattisesti.
3D-painatuksen prosessi tarjoaa todellisia hyötyjä toimitusketjun osalta. Voitko selittää nämä edut?
Kolmiulotteinen tulostus ei ole pelkästään häiritsevä tekniikka, jolla korvataan muovaus, valu tai työstäminen. Se on mahdollistava teknologia, jonka avulla yritykset voivat ajatella eri tavoin toimitusketjujaan ja ennen kaikkea arvoketjua ja vuorovaikutusta asiakkaidensa kanssa. Tästä arvoketjusta on todellakin kuusi pääedut, jotka johtuvat 3D-tulostuksen toteutuksesta.
- Digitaalinen ja työkalujen vähäinen valmistus - mahdollistaa tuotevariaasin lisääntyminen ja pienempi taloudellinen erätuotanto erityisten maantieteellisten, demografisten tai sosiaalisten suuntausten tukemiseksi
- Suunnitteluvapauksien hyödyntäminen - mikä mahdollistaa tuotteiden lisääntyvän geometrisen monimutkaisuuden, vähäisellä kustannuksella
- Tuotteen personointi - kytkentä pienen tilavuuden tuottamiseen eräkokoina, joissa on monimutkainen geometria yksittäisten tuotteiden toteuttamiseen
- Uusien kokemusten tarjoaminen vähittäiskaupassa - kuluttajien kiinnostus tuotesuunnittelukokemukseen verkossa tai myymälässä olevien intuitiivisten ohjelmistotyökalujen tai 3D-skannauksen avulla
- Kehittyvien markkinoiden kohtaaminen - yhdistämällä tuotteiden personointi vähittäiskaupan esteettömyydellä väestön ikääntymiseen ja muuttumiseen
- Toimitusketjun vihreyttäminen - varastojen pienentäminen, pakkausjätteiden lieventäminen, logistiikan vähentäminen ja CO2-valmistuksen vähentäminen
Itse asiassa 3D-tulostus voi täysin uudelleen suunnata toimitusketjun, koska se asettaa kuluttajan ketjun takapäähän ja etupäähän. Kuluttajat voivat osallistua alkupe- räiseen tuotesuunnitteluun tai he voivat tilata tilauksesta, kun tuotteita vaihdetaan maksun vaihdon jälkeen. Kolmiulotteinen tulostus voi mahdollistaa sekä ketterän reagoivan toimitusketjun että myös sen, joka on vähärasvaista - me kutsumme sen oikeudenmukaiseksi valmistukseksi.
Mitkä ovat 3D-painatuksen materiaaliset rajoitukset ja millaisia edistysaskeleita näiden rajoitusten voittamiseksi?
Kuten olemme sanoneet, meillä on edelleen materiaalisia rajoituksia. Jotkut ovat fyysisiä, jotkut ovat taloudellisia, jotkut ovat esteettisiä ja jotkut ovat ympäristöllisiä. Kolmiulotteiset tulostusprosessit pyrkivät edelleen saavuttamaan muovatun muovin tai metallin osien mekaaniset ominaisuudet. Laboratorioissa ja yliopistoissa on kuitenkin paljon työtä eri puolilla maailmaa laajentamaan materiaalien valikoimaa ja parantamaan sitä, mitä meillä jo on.
Näemme myös, että useammat yritykset pääsevät materiaaliketjuun, mikä heikentää raaka-aineiden kustannuksia, mikä luonnollisesti vaikuttaa tuotettujen lopullisten osien taloudellisuuteen. Näemme parempaa värinmäärittelyä ja läpinäkyvyyttä, parantaen osien esteettisyyttä ja kestävämpiä materiaaleja, kuten vihreitä polymeerejä kuten Nylon 11 ja PLA, jotka ovat peräisin kasveista öljyn sijasta. Meillä on vielä pitkä matka, mutta liikkuvat nopeasti ja liikkuvat oikeaan suuntaan.
Mitkä ovat tärkeimmät kompastuskivet 3D-painatukseen, joka on valtavirran tekniikka?
Kuten olemme sanoneet, materiaalit ovat ongelma, mutta sitä voidaan lieventää jossain määrin tuotesuunnittelun kautta.Talous on myös ongelma, sillä tuotantopainotteiset painokoneet ja -materiaalit ovat suhteellisen kalliita ja suhteellisen hidas, joten niiden tuottamat osat näyttävät kalliilta verrattuna massatuotantotekniikoiden valmistukseen. Kuitenkin, kun materiaalihinnat laskevat ja tuottavuus nousee, 3D-painatuksen taloudellinen tilanne on entistä hyväksyttävämpi.
Toinen päärajoitus on tietämys. Monet yritykset eivät yksinkertaisesti ymmärrä, miten käyttää 3D-tulostusta tai missä asemaa sen arvoketjussa. Niiden nykyinen valmistusketjusta tuntuu haavoittuvaiselta, niiden suunnittelijat eivät täysin ymmärrä, miten hyödyntää geometrisia etuja ja niiden markkinointitoiminnot pyrkivät ymmärtämään, miten 3D-tulostus voidaan integroida asiakkaan arvoketjuun. Luulen, että tulemme konsulttina auttaaksemme yrityksiä ymmärtämään näitä asioita, arvioimaan teknologioita, kehittämään liiketoimintaasiakirjan ja toteuttamaan sen arvovirtaan.
Alhaisten kannettavien työpöydän 3D-tulostuskoneiden kynnyksellä on puhuttu siitä, että meillä on pian nämä kodeissamme. Kuinka todennäköistä tämä on?
Minulla on kaksi 3D-tulostuskonetta talossani ja lapset rakastavat niitä. Mutta sitten jälleen, hautausurakoitsija on todennäköisesti pariton arkki kahdessa autotallissa. Vakavasti kotimaisen 3D-painatuksen kiinnostus on ollut viime vuosina ilmiömäinen, samoin kuin yritysten, jotka tekevät koneita palvelemaan markkinoita. Viimeksi kun laskimme löysimme yli 40 yritystä eri puolilta maailmaa, jotka tekivät edullisia koti- ja kuluttajatulostimia. Useimmat perustuvat samaan avoimen lähdekoodin muotoon suulakepuristettaessa sulaa polymeeriä suuttimen läpi, mutta jotkut käyttävät muita lähestymistapoja. Viime vuonna myytiin noin 15 000 kotitulostinta. Odotamme tämän numeron olevan lähes 60 000 tänä vuonna (ehkä enemmän). Joten ei kaikkia kotia - juuri vielä.
Tällä hetkellä useimmat kotikoneet käyttävät teknologiaan kiinnostuneita tai tuotesuunnittelua kiinnostavia ihmisiä. Näemme yhä useampia ihmisiä, jotka ostavat sitten tukemaan heidän harrastuksiaan riippumatta siitä, tekeekö se kaukohälyttävän ilma-aluksen osia vai jopa räätälöityjä kalastustyyppejä. Ne ovat erinomaisia koulutuksen näkökulmasta - vie 3D-tulostin, jotkut cochineal elintarvikevärit, etikka ja bikarbonaatti sooda ja sinulla on paras "luokan voittaa" tulivuoren kotitehtäviä koskaan.
Mitä neuvoja annat yrittäjille, jotka haluavat tutkia 3D-tulostusta mahdollisena liiketoimintainvestointienaan?
Sinun täytyy tuntea markkinasi, tietää asiakkaasi ja tietää taitojasi. Toimitusketjussa on monia mahdollisuuksia kolmiulotteisten painotuotteiden suunnittelusta, vähittäismyynnistä verkossa tai pääkadulla, kehittämällä ohjelmistorajapintoja, joiden avulla muut voivat osallistua suunnitteluprosessiin, uusien materiaalien laatimiseen tai syvemmille taskuille, tuotantokapasiteetin luomiseksi. Yrityksille avain on ymmärtää asiakaskokemusta ja teknologian arvoa. Joillekin yrityksille 3D-tulostus on hiljainen mahdollistaja - helpottaa yritysten elämää. Muille 3D-painatus on "koukku", syy tuotteen olemassaoloon, erottelija. Kun yritykset ymmärtävät, miten 3D-tulostus voi lisätä arvoa, sen täytyy ymmärtää, miten sitä käytetään ja milloin käyttää sitä, mutta se on toinen tarina.
Freshome haluaa kiittää Dr Phil Reevesia hänen asiantuntevista näkemyksistään 3D-painatuksen maailmasta. Kaikki tässä artikkelissa kuvatut kuvat ovat vapauden luomisesta
