Tres áreas que frenan la industria de impresión 10.6D de $ 3 mil millones

La firma de investigación de mercado SmarTech Analysis publicó recientemente sus datos para la industria de fabricación aditiva (AM). Determinó que, en 2021, el sector de la impresión 3D alcanzó 10.6 millones de dólares en ingresos, excluyendo los ingresos asociados a contratos de mantenimiento de hardware y equipos de post-procesamiento. La firma proyecta además que se espera que AM crezca a más de $ 50 mil millones para 2030.

Este crecimiento está estrechamente ligado a la tendencia de que los grandes fabricantes utilicen cada vez más la tecnología para la producción en masa. Sin embargo, para que la AM alcance una adopción a gran escala, deberá avanzar significativamente en tres áreas cruciales e interrelacionadas: rendimiento, integración de fábrica y control de calidad. Afortunadamente para la industria, estos también son problemas que se están abordando activamente.

Rendimiento de impresión 3D

Debido a sus orígenes como tecnología de creación de prototipos, la impresión 3D nunca se diseñó pensando en la producción en masa. En cambio, su capacidad para crear formas complejas se ha limitado a piezas únicas o fabricación en lotes pequeños. Por esa razón, las empresas de la industria de la impresión 3D han estado trabajando para desarrollar sistemas que puedan fabricar muchas piezas lo más rápido posible, un concepto conocido como rendimiento.

Entre los líderes en este sentido se encuentra HP, que pasó años investigando la tecnología antes de finalmente revelar tecnologías capaces de una producción rápida tanto en plásticos como en metales. El gigante de la impresión 2D ha trasladado su experiencia en cabezales de impresión de inyección de tinta a la impresión 3D con una tecnología llamada Multi Jet Fusion (MJF). MJF ya se está utilizando para producir grandes lotes de piezas de polímero para todo, desde gafas a robots de supermercado.

Este es solo el comienzo para la empresa, que ahora está implementando su tecnología Metal Jet. Metal Jet, una forma de lo que se conoce como "inyección de aglutinante metálico", deposita un aglutinante líquido sobre el polvo metálico, creando un componente que luego debe sinterizarse en un horno. Clientes tan grandes como Volkswagen están invirtiendo en la tecnología con un plan para producir en masa hasta 100,000 componentes metálicos anualmente para vehículos de consumo.

Sin embargo, HP no es la única empresa en este espacio en rápida evolución. Una startup ampliamente publicitada llamada Desktop Metal está trabajando para acelerar la inyección de aglutinante de metal. GE también está trabajando en su propia versión de la tecnología. En conjunto, estas empresas están marcando el comienzo de una era en la que se pueden usar polvos metálicos de bajo costo para imprimir en 3D una gran cantidad de piezas en un solo trabajo, lo que podría cambiar por completo la estructura de costos de la impresión 3D de metal.

Esto significa que se enfrentarán a los líderes establecidos en la impresión 3D de metal, que generalmente se basan en la aplicación de rayos láser de alta potencia en polvos metálicos costosos. Estas empresas también están trabajando para aumentar el rendimiento, agregando hasta 12 láseres a sus máquinas.

impresión 3D Fábricas

Si bien una flota de impresoras 3D puede ser capaz de fabricar en volumen, eso no significa que necesariamente encajarán en una operación de fábrica existente. En gran parte, esto se debe al hecho de que carecen de software de nivel de producción en masa.

Ahora, han surgido un puñado de nuevas empresas para asumir el desafío de desarrollar software específico de AM para sistemas de ejecución de fabricación (MES). Estas herramientas hacen posible administrar una flota de impresoras 3D y conectarlas al software de producción existente de una empresa. Por lo general, ayudan en todo el flujo de trabajo desde el pedido hasta la fabricación. Esto significa cotización y seguimiento de pedidos, preparación de archivos de impresión, monitoreo de trabajos de impresión y recopilación de datos, colas de la flota de impresoras, control de calidad y envío.

El software MES necesariamente se conecta a las herramientas de software existentes de una empresa. Esto incluye la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), la planificación de recursos empresariales (ERP) y el software de TI general. Si bien el PLM podría incluir el software de modelado 3D preferido de una empresa, el ERP se compondrá de todo, desde programas de nómina hasta herramientas para el seguimiento de las finanzas generales.

Las plataformas MES ahora están trabajando para tomar todo el software con el que un fabricante ya podría estar trabajando e insertar la impresión 3D en la mezcla. Sin embargo, no solo se limitan a AM. Muchos desarrolladores de MES buscan conectarse con otros equipos de producción, como máquinas CNC. Luego, con la ayuda del aprendizaje automático, todo el flujo de trabajo se puede mejorar automáticamente a medida que los datos de cada pedido y cada trabajo de máquina retroalimentan el ciclo de trabajo. La inteligencia artificial se suma significativamente a las capacidades del software MES.

Control de calidad de impresión 3D

Quizás el mayor obstáculo para la adopción generalizada de AM es el control de calidad. Esto se debe a que, con el aditivo, cada parte es distinta. Cada punto de la plataforma de construcción puede ser ligeramente diferente e incluso la más mínima variación en un parámetro de impresión puede cambiar la microestructura del objeto impreso.

A su vez, un objeto impreso en un ángulo no será igual a uno impreso en otro. Y, debido a que las piezas se construyen capa por capa, es difícil validar las geometrías internas de un artículo una vez que se completa la impresión. Como resultado, la única manera verdadera de asegurar la calidad de un objeto impreso es con una tomografía computarizada, típicamente un método de costo prohibitivo para inspeccionar multitud de partes.

Afortunadamente, no sólo son sistemas de tomografía computarizada más nuevos con etiquetas de precios más bajos saliendo al mercado, pero hay otras herramientas que se están utilizando para garantizar la calidad de las piezas impresas. Entre ellos se encuentra la simulación por computadora. Empresas como ANSYS han desarrollado un software que puede anticipar cualquier defecto que ocurra durante el proceso de impresión y compensar para ellos. Hexagon va un paso más allá al problemas de predicción a nivel microscópico.

Mientras tanto, firmas como Sigma Labs y Additive Assurance han creado hardware para monitorear las cámaras de construcción de las impresoras 3D de metal para detectar errores. Cada vez más, estas herramientas permitirán una retroalimentación activa para que las máquinas puedan corregir rápidamente los problemas durante el proceso de impresión. Cuando se conecta con el software MES y la simulación de impresión 3D, el equipo puede aprender de errores pasados ​​y abordarlos antes de que ocurran en el futuro.

En conjunto, estas áreas están avanzando a un ritmo increíble, en gran parte porque los fabricantes ven el valor de poder producir objetos a partir de archivos digitales bajo demanda. A medida que empresas tan grandes como Ford, GE y Siemens recurren a la impresión 3D para producir piezas finales de calidad, están impulsando todo el mercado de aditivos para adaptarse a sus necesidades. Para alcanzar la friolera de $ 50 mil millones para fines de siglo, la industria de la impresión 3D debe ser capaz de fabricar millones de piezas para esos clientes.