التصنيع الإضافي كأداة لتوفير التكلفة للمستقبل

ملخص

من المتوقع أن يلعب الطلب المتزايد على الملحقات خفيفة الوزن في قطاعي السيارات والدفاع، إلى جانب التحول في الميل نحو استخدام تصميمات التصنيع المعقدة ذات أوقات دورات الإنتاج القصيرة، دورًا رئيسيًا في توسيع نطاق الوصول إلى السوق للتصنيع الإضافي على المستوى العالمي. علاوة على ذلك، هناك أهمية متزايدة للحث على خفض التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) في قطاع التصنيع. ومع تزايد استخدام التصنيع الإضافي على مستوى العالم، تعمل الشركات الكبرى على توسيع قدراتها الإنتاجية في بلدان مختلفة لتعزيز تواجدها لهذه المنتجات في السوق.

من المتوقع أن تفتح المزايا التي يوفرها التصنيع الإضافي في قطاعات المشترين المختلفة، وسهولة التخصيص، والإنتاج بالجملة باستخدام التصنيع الإضافي، آفاقًا جديدة في السوق. من المتوقع أن يؤدي التحديث التكنولوجي في قطاع الرعاية الصحية إلى جانب التمويل الحكومي الداعم لتشجيع التصنيع الإضافي إلى إبقاء السوق صعوديًا بالنسبة للمشاركين الرئيسيين في الصناعة. ومع ذلك، من المتوقع أن تشكل المشكلات المتعلقة بتوافر المواد، والهروب، والتحقق من الصحة، والتوحيد القياسي تحديًا لنمو السوق.

ما هو التصنيع الإضافي؟

يختلف التصنيع الإضافي (AM) عن طريقة الإنتاج الطرحية، التي تتوخى طحن المواد غير الضرورية من كتلة من المواد. عادةً ما يشير استخدام التصنيع الإضافي في التطبيقات الصناعية إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد. وهو يتضمن تراكم المواد طبقة تلو الأخرى لتكوين كائن أثناء الإشارة إلى ملف ثلاثي الأبعاد بمساعدة معدات وبرامج الطباعة ثلاثية الأبعاد. يتم اختيار تكنولوجيا التصنيع المضافة المناسبة من مجموعة التقنيات المتاحة اعتمادًا على التطبيق.

سيناريو التطبيق

ومع تطور المركبات الجديدة، هناك طلب متزايد من العملاء، إلى جانب ارتفاع الطلب على التصميم والراحة. أدت تدابير وأنظمة السلامة المختلفة التي فرضتها مختلف الحكومات إلى زيادة وزن مكونات السيارات والفضاء. ولذلك، مع زيادة الوزن، سيكون هناك استهلاك كبير للوقود من أجل الأداء السليم. وبالتالي، لتلبية الطلب والتعويض عن كفاءة استهلاك الوقود، يجب أن يكون التصميم والمنتج معقدين وخفيفي الوزن في الهيكل. يمكن تحقيق ذلك من خلال إمكانات تقنيات التصنيع المضافة مثل التصنيع الإضافي المقوى بالألياف (FRAM). على سبيل المثال، يتم تصميم وتصنيع هيكل سيارة السباق بشكل عام باستخدام FRAM مع مصفوفة من الألياف القصيرة والألياف الطويلة المعززة بألياف الكربون، وهي خفيفة الوزن مقارنة بالهيكل المعدني. ويساعد ذلك في تنظيم الديناميكية الهوائية للسيارة، مما يساعد في تسريع وتقليل استهلاك الوقود.

لتحقيق الهدف المتمثل في الحصول على مركبات خفيفة الوزن ومكونات السيارات والفضاء الأخرى، طورت العديد من الصناعات التحويلية المضافة تقنيات ومواد معينة تأتي باستمرار إلى السوق. أحد الأمثلة على هذا التطور هو الجمع بين قذف المواد (MEX) في شكل نمذجة الطبقة المنصهرة (FLM) للخيوط البلاستيكية مع تقوية الألياف القصيرة والطويلة.

علاوة على ذلك، يتطلب قطاع الطيران العديد من الأهداف الفنية والاقتصادية المتفاعلة للأداء الوظيفي، مما يؤدي إلى تقليل الوقت، ووزن الرحلات الجوية، وإدارة التكاليف، وتقديم المكونات الحيوية للسلامة. تستخدم تقنيات التصنيع المضافة، على عكس التصنيع التقليدي التقليدي، التصنيع طبقة تلو الأخرى بناءً على مسحوق أو أسلاك نموذجية ومواد مثل البوليمر البلاستيكي، وهو خفيف الوزن يسمح بتحقيق طبيعة خفيفة الوزن لمحركات ومكونات حاملات الطيران.

لقد أدى التصنيع الإضافي إلى زيادة سرعة عملية التصميم بشكل كبير. وفي الوقت نفسه، يمكن أن يستغرق التصنيع التقليدي ما يصل إلى عدة أشهر لإنتاج الأدوات اللازمة لإنشاء الأجزاء النهائية والنماذج الأولية. لقد وجدت صناعة السيارات والفضاء أن التصنيع الإضافي مفيد في تجنب الأدوات المكلفة والمستهلكة للوقت.

وجدت صناعة الطيران أيضًا أن الطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج أجسامًا محسنة ذات شكل حر، مما يعني أنه يمكن تقليل وزن الجزء بشكل فعال باستخدام التصنيع الإضافي، وبالتالي توفير تكاليف المواد ووقت الإنتاج. وباستخدام أدوات التصميم المتقدمة، قام المهندسون بتقليل عدد المكونات المستخدمة في العمليات التقليدية إلى عنصر واحد فقط باستخدام التصنيع الإضافي، وبالتالي تبسيط عملية تجميع التصميمات المعقدة إلى حد كبير.

علاوة على ذلك، تُستخدم تقنيات مثل تصنيع إضافات القوس السلكي (WAAM) وترسيب الطاقة المباشرة (DED) على نطاق واسع لإصلاح المعدات العسكرية العاملة في قطاعات الدفاع. تساعد هذه التقنيات على استعادة وإصلاح الأسطح البالية لشفرات التوربينات والمعدات المتطورة. على الرغم من أن قطع الغيار يمكن أن تنفد من المخزون، إلا أن تقنيات المسح ثلاثي الأبعاد مفيدة حقًا في إجراء هندسة عكسية للجزء المتاح، والتي يمكن تكرارها بسهولة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد.

يمكن لأي صناعة الاستفادة من الأجزاء والمكونات خفيفة الوزن لأنها تقلل من تكلفة المواد واستهلاك الطاقة. ومع ذلك، فإن استخدام الأجزاء خفيفة الوزن في قطاع السيارات في تصنيع المركبات أمر بالغ الأهمية. بالإضافة إلى ذلك، لا تصل السيارات الكهربائية عمومًا إلى نفس سرعات الذروة التي تصل إليها محركات الاحتراق. ومن المتوقع أن يؤدي جعل السيارات الكهربائية أخف وزنا إلى تحسين كفاءة المحرك، ويمكن أن يساعد في سد الفجوة بين نوعي المركبات.

USP للتصنيع الإضافي

لقد أثبت التصنيع الإضافي أنه تقنية قوية تُحدث ثورة في عمليات الإنتاج عبر مختلف صناعات المستخدم النهائي. لقد كانت تقنيات التصنيع المضافة عملية وموثوقة وتم استخدامها بكفاءة خلال السنوات القليلة الماضية. تتيح تقنيات التصنيع المضافة عبر الطابعة ثلاثية الأبعاد للشركات الحصول على أدوات فورية للمتطلبات دون الاعتماد على مورد آخر حيث تتيح لهم الطابعة ثلاثية الأبعاد تصميم الأجزاء وتخصيصها على الفور دون الحاجة إلى أدوات مرهقة أو مراجعات قوالب. وهذا يساعد أيضًا في تقليل تكلفة الشحن ويوفر أيضًا الوقت عند الحاجة إلى قطع الغيار للتجديد كما هو الحال في سيارات السباق.

الصناعات مثل الطيران والدفاع هي بعض الصناعات الأخرى التي تستخدم منتجات التصنيع المضافة لأدائها. يتم استخدام أجزاء الطائرات من خلال منتجات التصنيع المضافة التي تتميز بخفة الوزن والتي يمكنها تحمل الظروف البيئية القاسية. نظرًا لقلة المواد المطلوبة وعملية تشكيل المواد طبقات تلو الأخرى، فإن صناعات الطيران تستخدمها كميزة لتقليل الوزن وتقليل النفايات، وهو أمر مهم جدًا لتصنيع أجزاء الطيران للشركات الكبرى.

بالإضافة إلى ذلك، مع التقدم السريع والابتكار في الصناعات الطبية، فإن استخدام منتجات التصنيع المضافة يعد ذو فائدة كبيرة للأطباء والمرضى والمؤسسات البحثية. من خلال تصميم النموذج الأولي الوظيفي الذي توفره تقنيات التصنيع المضافة، كان من المفيد جدًا إنشاء تصميم مرن لمختلف أدوات التصميم المنقذة للحياة اللازمة للأغراض الجراحية والدراسية، والأدوات المستخدمة في إجراءات طب الأسنان، ونماذج ما قبل الجراحة للأشعة المقطعية، أدلة منشار وحفر مخصصة، ومرفقات، وأجهزة متخصصة.

بصرف النظر عن هذا، تعتمد العديد من الصناعات الأخرى على تقنيات التصنيع المضافة للحصول على تصميمات سريعة وقابلة للتخصيص توفرها الطابعات ثلاثية الأبعاد. تعمل تقنيات التصنيع المضافة على تسريع الإنتاج والتعامل مع الطلب على منتجات التصميم المختلفة المطلوبة بأشكال وتصميمات مختلفة بواقعية ووظيفية. بعض المستخدمين النهائيين هم شركات التصنيع الإلكترونية ومصممي النماذج المعمارية، من بين آخرين.

لقد دفعت سهولة التخصيص المشترين إلى زيادة الإنفاق على التصنيع الإضافي

مع قيام الشركات بتصنيع منتجات موحدة وعامة بنفس التصميم والنمط كما هو الحال في الإنتاج الضخم، هناك طلب على المنتجات المخصصة حيث يكون كل عميل فردًا مختلفًا بتصميمه الشخصي أو المنتج الذي يفضله.

يسمح التصنيع الإضافي بالتخصيص، على عكس التصنيع التقليدي، دون أي تكلفة إضافية ولا يتطلب قوالب أو أدوات إضافية لعملية التصميم. إنه يحتاج فقط إلى نموذج أولي لتصميم ثلاثي الأبعاد ويمكن إنشاءه بواسطة العميل نفسه. نظرًا لسهولة التخصيص والإنتاج السريع، هناك طلب كبير على التصنيع الإضافي. علاوة على ذلك، فإن استخدام تقنيات التصنيع الإضافي (AM) يمكن أن يمنح المستهلكين تجربة فريدة للمشتري والمستهلك حيث يمنحهم شعورًا بالانتماء ورضا المستهلك مقارنةً بنظيره، الذي لا يوفر التخصيص.

على سبيل المثال، سمحت شركة تصنيع السيارات ومقرها ألمانيا، BMW للعملاء في سلسلة BMW MINI الخاصة بهم حيث يمكن للعملاء تخصيص تصميمهم من خلال متجر الشركة عبر الإنترنت على بعض الأجزاء المحددة مثل مقبض الباب أو أجزاء من اللوحات الجانبية. من ناحية أخرى، مهدت شركة السماعات NORMAL الطريق للعملاء لتصميم سماعاتهم من خلال التصميم وفقًا لإبداع العميل من خلال تنزيل تطبيقاتهم، وسيتم تسليم العملاء سماعات أذن مخصصة لهم

تعتمد عمليات تصنيع المكونات التقليدية على استخدام موارد عالية السعة مع عناصر التحكم للحصول على مستويات عالية للغاية من الدقة. ومع ذلك، لا يمكن لعمليات التصنيع التقليدية التغلب على مزايا استخدام عمليات التصنيع المضافة. علاوة على ذلك، يمكن للتصنيع الإضافي بناء تصميمات معقدة يصعب تحقيقها باستخدام عمليات التصنيع التقليدية. تعد وظائف ودقة التصنيع الإضافي أعلى بكثير من عمليات التصنيع التقليدية. يمكن تقصير أوقات الإنتاج في التصنيع الإضافي من أسابيع إلى أيام، على عكس طرق التصنيع التقليدية. يمكن لآلات التصنيع المضافة أن تطبع بشكل مستمر، وتتطلب الحد الأدنى من الإشراف. وهذا يسمح للشركة المصنعة بالعمل على مبدأ "في الوقت المناسب" من خلال إنتاج الكمية المطلوبة وتجنب إهدار المال ومساحة التخزين على المخزون الزائد.

علاوة على ذلك، فإن العمليات المتنوعة المتاحة في التصنيع الإضافي توفر مزايا إنتاجية مختلفة مقارنة بعمليات التصنيع التقليدية. لذلك، من المتوقع أن تؤدي سهولة تصنيع التصميمات المعقدة والمخصصة مع دورة إنتاج قصيرة إلى دفع سوق التصنيع الإضافي العالمي.

قضايا حرق: في لمحة

من المتوقع أن تكون التكلفة العالية للمعدات ومحدودية الوصول إلى المتخصصين في التصنيع الإضافي من بين العوامل التي من المحتمل أن تحد من نطاق تكنولوجيا التصنيع الإضافي خلال السنوات القليلة القادمة. تتراوح تكلفة معدات التصنيع المضافة بين 300000 دولار أمريكي إلى 1.5 مليون دولار أمريكي. علاوة على ذلك، تقع المواد الاستهلاكية الصناعية ضمن النطاق السعري الذي يتراوح بين 100 إلى 150 دولارًا أمريكيًا للقطعة الواحدة. ونتيجة لذلك، فمن المرجح أن تمتنع شركات التصنيع ذات العمالة الكثيفة عن استخدام تقنيات التصنيع هذه في إنتاجها الداخلي.

يعتبر التصنيع الإضافي منقذًا في إنتاج التصميم المعقد. ولكن لا يزال لديها بعض القيود التي تعيق نمو السوق. يعتبر التصنيع الإضافي مثاليًا لصنع النماذج الأولية والأجزاء أو التصميمات المعقدة، لكن تصنيع أجزاء مفردة كبيرة لا يزال معقدًا.

يستخدم التصنيع الإضافي عملية دمج مسحوق الليزر (PBF) التي يمكنها بناء أشكال معقدة ومعقدة جنبًا إلى جنب مع الهياكل العضوية. واعتبرت هذه الأشكال باهظة الثمن أو معقدة للغاية بالنسبة للتصنيع من خلال استخدام عمليات التصنيع التقليدية. على سبيل المثال، يمكن استخدام الليزر PBF لإنتاج مكونات خفيفة الوزن لضمان هياكل الشبكة الأكثر تعقيدًا للحث على الاستخدام الفعال للمواد.

نظرة إيجابية تجاه قطاع الرعاية الصحية

يسمح تطوير التصوير الطبي الرقمي وهذه الرقمنة بإعادة بناء نماذج ثلاثية الأبعاد من تشريح المرضى. يبدأ سير العمل النموذجي للجهاز الطبي المخصص بتصوير أو التقاط هندسة تشريح المريض باستخدام طرق المسح ثلاثي الأبعاد المحسوبة. يمكن استخدام هذه البيانات لطباعة نماذج ثلاثية الأبعاد لتشريح المريض أو يمكن استخدامها لإنشاء أجهزة أو غرسات مخصصة.

هناك العديد من التطبيقات الطبية للتصنيع الإضافي في القطاع الطبي، والتي تشمل النماذج الطبية، والمزروعات، والأدوات، والأدوات، وأجزاء الأجهزة الطبية، والمساعدات الطبية، والأدلة الداعمة، والجبائر والأطراف الاصطناعية، والتصنيع الحيوي، من بين أشياء أخرى كثيرة. على سبيل المثال، تعتمد النماذج الطبية على تشريح المرضى، ويتم استخدامها للتخطيط قبل وبعد العملية الجراحية وتدريب طلاب الطب وإبلاغ المرضى وعائلاتهم. يمكن أخذ النماذج لقسم محدد مثير للاهتمام. تُستخدم النماذج الطبية على نطاق واسع في منطقة الوجه القحفي والفكين والأطراف والحوض وهياكل العظام الأخرى. يتم تصنيع هذه النماذج الطبية من خلال تصميم النموذج الأولي في طابعة ثلاثية الأبعاد حيث يتم الحصول على سير عمل التصميم والأبعاد من خلال الأشعة السينية والأشعة المقطعية والتصوير بالرنين المغناطيسي والعديد من طرق المسح الأخرى.

سيطر القطاع "المستقل" على السوق بسبب توفر أجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد المستقلة المتقدمة تقنيًا، بالإضافة إلى زيادة البحث والتطوير من قبل اللاعبين الرئيسيين في السوق استعدادًا لإصدار أنظمة مستقلة متقدمة. تحلل أبحاث سوق Data Bridge أنه من المتوقع أن ينمو سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد للرعاية الصحية بمعدل نمو سنوي مركب قدره 22.8٪ خلال الفترة المتوقعة من 2022 إلى 2029.

لمعرفة المزيد عن الدراسة، قم بزيارة https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-healthcare-3d-printing-market

من ناحية أخرى، يتم تصنيع الغرسات بشكل مباشر وغير مباشر بشكل إضافي لتحل محل الأنسجة المعيبة أو المفقودة، وهذا يشمل أيضًا تطبيقات طب الأسنان مثل التيجان والجسور. يجب أن تكون المادة متوافقة مع الأنسجة. يعد التصنيع الإضافي حلاً مناسبًا مشابهًا للنموذج الطبي. من خلال تقنيات التصنيع المضافة، يمكننا الحصول على غرسة مخصصة وشخصية من خلال الطباعة الرقمية ثلاثية الأبعاد، وهي تجهيزات خاصة بالمريض

تحلل أبحاث سوق Data Bridge أن السوق من المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب قدره 4.21٪ في الفترة المتوقعة المذكورة أعلاه. يعد الانتشار المتزايد للصرع واضطرابات القلب ومرض باركنسون هو العامل الحيوي الذي يدفع سوق الغرسات الطبية الإلكترونية الدقيقة.

https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-microelectronic-medical-implants-market

من المتوقع أن يؤدي الإنفاق الحكومي إلى رفع مستوى حركة السوق

يعتبر التصنيع الإضافي أحد الفئات المحتملة حيث تقوم الشركات بإحداث ثورة في مجال التصنيع والإنتاج الصناعي من خلال العمليات الرقمية والاتصالات والتصوير. وبعد رؤية الإمكانات التي يتيحها هذا القطاع لمساهمته في مختلف الاقتصادات الوطنية، تتوصل حكومات البلدان المختلفة إلى استراتيجيات مختلفة لدعم وتعزيز التصنيع الإضافي في مختلف القطاعات.

على سبيل المثال، قامت حكومات الصين والولايات المتحدة وروسيا بتعزيز ثقة المستخدم في التقنيات المتقدمة من خلال تبني وتطوير تطبيق للقوة العسكرية. على سبيل المثال، أنشأت وحدة التصنيع الإضافي التابعة لسلاح مشاة البحرية أكبر طابعة خرسانية ثلاثية الأبعاد قادرة على طباعة كوخ ثكنة بمساحة 500 قدم مربع في 40 ساعة فقط. من ناحية أخرى، قدم المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) التابع لوزارة التجارة الأمريكية منحًا بقيمة 3.7 مليون دولار أمريكي للمساعدة في معالجة العوائق الحالية والمستقبلية التي تحول دون التبني الواسع النطاق للتصنيع الإضافي القائم على المعادن من خلال البحث العلمي للقياس.

خاتمة

لقد برز التصنيع الإضافي كأحد الأدوات الرئيسية التي لا توفر التكلفة الإجمالية لملكية شركات التصنيع فحسب، بل تؤدي أيضًا إلى تعزيز السمات الهيكلية للمكونات. من المتوقع أن تحافظ التوقعات الإيجابية تجاه قطاع التصنيع في البلدان النامية، بما في ذلك الصين والهند، إلى جانب الإنفاق القوي على البحث والتطوير في قطاعات السيارات والفضاء والرعاية الصحية، على لفت انتباه المشاركين في الصناعة الذين يعملون عبر سلسلة القيمة للتصنيع الإضافي. من المتوقع أن تزيد شركات التصنيع الإنفاق لتقليل تكلفة تسليم منتجاتها لعملائها إلى جانب توسيع قاعدة المشترين لزيادة الوعي بالمنتجات النهائية أو العروض في المستقبل القريب.

تحلل أبحاث سوق Data Bridge أن السوق ينمو بمعدل نمو سنوي مركب قدره 20.9٪ في الفترة المتوقعة من 2023 إلى 2030 ومن المتوقع أن يصل إلى 91,853.88 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2030. العامل الرئيسي الذي يدفع نمو سوق التصنيع الإضافي هو الطلب المتزايد للمكونات خفيفة الوزن من صناعات السيارات والفضاء.

لمعرفة المزيد عن الدراسة، https://www.databridgemarketresearch.com/ar/reports/global-additive-manufacturing-market