สามพื้นที่ที่ถือกลับอุตสาหกรรมการพิมพ์ 10.6 มิติมูลค่า 3 พันล้านดอลลาร์

บริษัทวิจัยตลาด SmarTech Analysis เพิ่งเปิดเผยข้อมูลสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตสารเติมแต่ง (AM) โดยระบุว่าในปี 2021 ภาคการพิมพ์ 3 มิติถึง $ 10.6 พันล้าน ในรายได้ ไม่รวมรายได้ที่เกี่ยวข้องกับสัญญาการบำรุงรักษาฮาร์ดแวร์และอุปกรณ์หลังการประมวลผล บริษัทคาดการณ์ว่า AM จะเติบโตมากกว่า 50 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2030

การเติบโตนี้สอดคล้องกับแนวโน้มที่ผู้ผลิตรายใหญ่จะใช้เทคโนโลยีเพื่อการผลิตจำนวนมากมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ AM สามารถนำไปใช้ในวงกว้างได้ จะต้องมีความก้าวหน้าอย่างมากในสามด้านที่สำคัญและเกี่ยวข้องกัน ได้แก่ ปริมาณงาน การรวมโรงงาน และการควบคุมคุณภาพ โชคดีสำหรับอุตสาหกรรม สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นประเด็นที่กำลังได้รับการแก้ไขอย่างจริงจัง

ปริมาณงานการพิมพ์ 3 มิติ

เนื่องจากรากฐานของเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบ การพิมพ์ 3 มิติจึงไม่เคยได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการผลิตจำนวนมาก ในทางกลับกัน ความสามารถในการสร้างรูปร่างที่ซับซ้อนนั้นจำกัดอยู่ที่ชิ้นส่วนแบบครั้งเดียวหรือการผลิตเป็นชุดเล็กๆ ด้วยเหตุผลดังกล่าว บริษัทต่างๆ ในอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติจึงได้ทำงานเพื่อพัฒนาระบบที่สามารถสร้างชิ้นส่วนต่างๆ ได้อย่างรวดเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งเป็นแนวคิดที่เรียกว่าปริมาณงาน

ในบรรดาผู้นำในเรื่องนี้คือ HP ซึ่งใช้เวลาหลายปีในการวิจัยเทคโนโลยีก่อนที่จะเปิดตัวเทคโนโลยีที่สามารถผลิตได้อย่างรวดเร็วทั้งในพลาสติกและโลหะ ยักษ์ใหญ่ด้านการพิมพ์ 2 มิติได้ถ่ายทอดความเชี่ยวชาญในหัวพิมพ์อิงค์เจ็ทไปสู่การพิมพ์ 3 มิติด้วยเทคโนโลยีที่เรียกว่า Multi Jet Fusion (MJF) MJF ถูกใช้เพื่อผลิตชิ้นส่วนโพลีเมอร์จำนวนมากสำหรับทุกอย่างตั้งแต่ แว่นตา ไปยัง บอทร้านขายของชำ.

นี่เป็นเพียงการเริ่มต้นของบริษัท ซึ่งขณะนี้กำลังเปิดตัวเทคโนโลยี Metal Jet รูปแบบของสิ่งที่เรียกว่า "การพ่นสารยึดเกาะโลหะ" เมทัลเจ็ทจะสะสมสารยึดเกาะที่เป็นของเหลวไว้บนผงโลหะ ทำให้เกิดส่วนประกอบที่ต้องนำไปเผาในเตาเผา ลูกค้ารายใหญ่อย่าง Volkswagen กำลังลงทุนในเทคโนโลยีนี้โดยมีแผนที่จะผลิตจำนวนมากถึง ส่วนประกอบโลหะ 100,000 ชิ้น ประจำปีสำหรับรถยนต์อุปโภคบริโภค

อย่างไรก็ตาม HP ไม่ใช่บริษัทเดียวในพื้นที่ที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วนี้ การเริ่มต้นที่มีการเผยแพร่อย่างกว้างขวางซึ่งเรียกว่า Desktop Metal กำลังทำงานเพื่อเพิ่มความเร็วในการพ่นสารยึดเกาะโลหะ GE ก็กำลังทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีเวอร์ชันของตัวเองเช่นกัน โดยรวมแล้ว บริษัทเหล่านี้กำลังเข้าสู่ยุคที่ผงโลหะต้นทุนต่ำสามารถนำมาใช้ในการพิมพ์ 3 มิติชิ้นส่วนจำนวนมากในงานเดียว ซึ่งอาจเปลี่ยนโครงสร้างต้นทุนสำหรับการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะโดยสิ้นเชิง

ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะเป็นผู้นำที่เป็นที่ยอมรับในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะต้องอาศัยการปะทะกันของลำแสงเลเซอร์กำลังสูงที่ผงโลหะราคาแพง บริษัทเหล่านี้กำลังทำงานเพื่อเพิ่มปริมาณงานด้วยเช่นกัน โดยการเพิ่ม มากถึง 12 เลเซอร์ สู่เครื่องของตน

โรงงานพิมพ์ 3 มิติ

แม้ว่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติจำนวนมากอาจสามารถผลิตได้ในปริมาณมาก แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าเครื่องพิมพ์เหล่านี้จะเหมาะสมกับการดำเนินงานของโรงงานที่มีอยู่เดิม ส่วนใหญ่เป็นเพราะขาดซอฟต์แวร์ระดับการผลิตจำนวนมาก

ขณะนี้ มีบริษัทสตาร์ทอัพจำนวนหนึ่งที่เริ่มเผชิญกับความท้าทายในการพัฒนาซอฟต์แวร์เฉพาะของ AM สำหรับระบบการดำเนินการผลิต (MES) เครื่องมือเหล่านี้ช่วยให้ทั้งจัดการเครื่องพิมพ์ 3 มิติและเชื่อมต่อกับซอฟต์แวร์การผลิตที่มีอยู่ของบริษัท โดยทั่วไปแล้วจะช่วยในขั้นตอนการสั่งซื้อการผลิตทั้งหมด ซึ่งหมายถึงการเสนอราคาและการติดตามคำสั่งซื้อ การเตรียมไฟล์การพิมพ์ การตรวจสอบงานพิมพ์และการรวบรวมข้อมูล การจัดคิวเครื่องพิมพ์ การควบคุมคุณภาพ และการจัดส่ง

ซอฟต์แวร์ MES จำเป็นต้องเชื่อมต่อกับเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่มีอยู่ของธุรกิจ ซึ่งรวมถึงการจัดการวงจรผลิตภัณฑ์ (PLM) การวางแผนทรัพยากรองค์กร (ERP) และซอฟต์แวร์ไอทีทั่วไป แม้ว่า PLM อาจรวมซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลอง 3 มิติที่บริษัทต้องการ แต่ ERP จะประกอบด้วยทุกอย่างตั้งแต่โปรแกรมบัญชีเงินเดือนไปจนถึงเครื่องมือสำหรับติดตามการเงินโดยรวม

ขณะนี้แพลตฟอร์ม MES กำลังทำงานเพื่อนำซอฟต์แวร์ทั้งหมดที่ผู้ผลิตอาจใช้งานอยู่และแทรกการพิมพ์ 3D ลงในส่วนผสม อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้จำกัดตัวเองไว้ที่ AM เท่านั้น นักพัฒนา MES จำนวนมากต้องการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์การผลิตอื่นๆ เช่น เครื่อง CNC จากนั้น ด้วยความช่วยเหลือของแมชชีนเลิร์นนิง เวิร์กโฟลว์ทั้งหมดสามารถปรับปรุงได้โดยอัตโนมัติ เนื่องจากข้อมูลจากแต่ละคำสั่งซื้อและการป้อนงานของเครื่องจักรแต่ละงานกลับเข้าสู่วงจรการทำงาน ปัญญาประดิษฐ์กำลังเพิ่มขีดความสามารถของซอฟต์แวร์ MES อย่างมาก

การควบคุมคุณภาพการพิมพ์ 3 มิติ

บางทีอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการนำ AM ไปใช้อย่างแพร่หลายคือการควบคุมคุณภาพ ทั้งนี้เนื่องจากสารเติมแต่ง แต่ละส่วนมีความแตกต่างกัน ทุกจุดบนแท่นพิมพ์อาจแตกต่างกันเล็กน้อย และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในพารามิเตอร์การพิมพ์ก็อาจเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของวัตถุที่พิมพ์ได้

ในทางกลับกัน วัตถุที่พิมพ์ในมุมหนึ่งจะไม่เหมือนกับวัตถุที่พิมพ์ในอีกมุมหนึ่ง และเนื่องจากชิ้นส่วนถูกสร้างขึ้นทีละชั้น จึงเป็นการยากที่จะตรวจสอบรูปทรงภายในของรายการเมื่อการพิมพ์เสร็จสิ้น ด้วยเหตุนี้ วิธีเดียวที่จะรับประกันคุณภาพของวัตถุที่พิมพ์ได้อย่างแท้จริงคือการสแกน CT ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นวิธีการลดต้นทุนในการตรวจสอบชิ้นส่วนจำนวนมาก

โชคดีที่ไม่เพียงแต่เป็น ระบบการสแกน CT ที่ใหม่กว่า ด้วยป้ายราคาที่ต่ำกว่าออกสู่ตลาด แต่มีเครื่องมืออื่น ๆ ที่ใช้เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของชิ้นส่วนที่พิมพ์ ในหมู่พวกเขาคือการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ บริษัทต่างๆ เช่น ANSYS ได้พัฒนาซอฟต์แวร์ที่สามารถคาดการณ์ข้อบกพร่องใดๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการพิมพ์และ ทดแทน สำหรับพวกเขา. หกเหลี่ยมกำลังก้าวไปอีกขั้นโดย ทำนายปัญหา ในระดับจุลทรรศน์

ในขณะเดียวกัน บริษัทต่างๆ เช่น Sigma Labs และ Additive Assurance ได้สร้างฮาร์ดแวร์เพื่อตรวจสอบห้องประกอบของเครื่องพิมพ์ 3D โลหะเพื่อตรวจหาข้อผิดพลาด เครื่องมือเหล่านี้จะเปิดใช้งานการป้อนกลับที่ใช้งานอยู่มากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อให้เครื่องสามารถแก้ไขปัญหาได้อย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการพิมพ์ เมื่อเชื่อมต่อกับซอฟต์แวร์ MES และการจำลองการพิมพ์ 3 มิติ อุปกรณ์สามารถเรียนรู้จากข้อผิดพลาดในอดีตและแก้ไขปัญหาก่อนที่จะเกิดขึ้นอีกในอนาคต

พื้นที่เหล่านี้ทั้งหมดมีความก้าวหน้าในอัตราที่น่าเหลือเชื่อ ส่วนใหญ่เป็นเพราะผู้ผลิตเห็นคุณค่าในการผลิตวัตถุจากไฟล์ดิจิทัลตามต้องการ เนื่องจากบริษัทขนาดใหญ่อย่าง Ford, GE และ Siemens มองหาการพิมพ์ 3 มิติเพื่อผลิตชิ้นส่วนปลายที่มีคุณภาพ พวกเขากำลังผลักดันตลาดสารเติมแต่งทั้งหมดให้ตอบสนองความต้องการของตน อุตสาหกรรมการพิมพ์ 50 มิติจะต้องสามารถผลิตชิ้นส่วนหลายล้านชิ้นให้กับลูกค้าเหล่านั้นได้ เพื่อจะมีมูลค่าสูงถึง 3 หมื่นล้านดอลลาร์ภายในสิ้นศตวรรษนี้