Аддитивное производство как инструмент экономии затрат в будущем

Обзор

Ожидается, что растущий спрос на легкое вспомогательное оборудование в автомобильной и оборонной отраслях в сочетании со сдвигом в сторону использования сложных производственных конструкций с коротким производственным циклом сыграет ключевую роль в расширении охвата рынка аддитивного производства на глобальном уровне. Кроме того, растет важность снижения совокупной стоимости владения (TCO) в производственном секторе. С ростом использования аддитивного производства во всем мире крупные компании расширяют свои производственные мощности в разных странах, чтобы усилить свое присутствие этой продукции на рынке.

Предполагается, что преимущества, предлагаемые аддитивным производством в различных сегментах покупателей, простота настройки и массовое производство с использованием аддитивного производства откроют новые рыночные возможности. Ожидается, что технологическая модернизация в секторе здравоохранения в сочетании с поддержкой государственного финансирования для продвижения аддитивного производства сохранит оптимистичный настрой на рынке для ключевых участников отрасли. Однако, по прогнозам, проблемы, связанные с доступностью материалов, утечкой, проверкой и стандартизацией, будут мешать росту рынка.

Что такое аддитивное производство?

Аддитивное производство (АП) отличается от субтрактивного метода производства, который предполагает вытачивание ненужного материала из блока материала. Использование аддитивного производства в промышленности обычно относится к 3D-печати. Он предполагает послойное накопление материала для формирования объекта при обращении к трехмерному файлу с помощью оборудования и программного обеспечения для 3D-печати. Подходящая технология аддитивного производства выбирается из доступного набора технологий в зависимости от применения.

Сценарий применения

С развитием новых автомобилей растет спрос со стороны клиентов, а также растет спрос на дизайн и комфорт. Различные меры безопасности и правила, введенные различными правительствами, привели к увеличению веса автомобильных и аэрокосмических компонентов. Поэтому с увеличением веса будет повышенный расход топлива для правильной работы. Таким образом, чтобы удовлетворить спрос и компенсировать топливную эффективность, конструкция и изделие должны быть сложными и легкими по конструкции. Этого можно достичь за счет потенциала технологий аддитивного производства, таких как аддитивное производство, армированное волокном (FRAM). Например, шасси гоночного автомобиля генеративно проектируется и изготавливается с использованием FRAM с матрицей из коротких и длинных волокон, армированных углеродным волокном, которое легче по сравнению с металлическим шасси. Это помогает регулировать аэродинамику автомобиля, что способствует увеличению скорости и снижению расхода топлива.

Для достижения цели создания легких транспортных средств и других автомобильных и аэрокосмических компонентов различные отрасли аддитивного производства разработали определенные технологии и материалы, которые постоянно поступают на рынок. Одним из примеров таких разработок является сочетание экструзии материалов (MEX) в форме моделирования наплавленных слоев (FLM) пластиковых нитей с армированием короткими и длинными волокнами.

Более того, аэрокосмический сектор требует многочисленных взаимодействующих технических и экономических задач функционального исполнения, которые приводят к сокращению времени, весовой грузоподъемности полетов, управлению затратами и поставке критически важных для безопасности компонентов. Технологии аддитивного производства, в отличие от обычного традиционного производства, используют послойное производство на основе обычного порошка или проволоки и таких материалов, как пластиковый полимер, который имеет более легкий вес, что позволяет добиться легкости двигателей и компонентов авианосцев.

Аддитивное производство значительно увеличило скорость процесса проектирования. В то же время на традиционном производстве может потребоваться до нескольких месяцев изготовление необходимых инструментов, необходимых для создания конечных деталей и прототипов. Автомобильная и аэрокосмическая промышленность обнаружили преимущества аддитивного производства, позволяющие избежать дорогостоящих и трудоемких инструментов.

Аэрокосмическая промышленность также обнаружила, что 3D-печать позволяет создавать оптимизированные объекты произвольной формы. Это означает, что вес детали можно эффективно уменьшить с помощью аддитивного производства, что позволяет сэкономить материальные затраты и время производства. Используя передовые инструменты проектирования, инженеры сократили количество компонентов, используемых в традиционных процессах, до одного, используя аддитивное производство, что значительно упростило процесс сборки сложных конструкций.

Кроме того, такие технологии, как аддитивное производство проволочной дуги (WAAM) и прямое энергетическое осаждение (DED), широко используются для ремонта функционального военного оборудования в оборонных отраслях. Эти технологии помогают восстанавливать и ремонтировать изношенные поверхности лопаток турбин и высококлассного оборудования. Хотя запасные части могут закончиться, методы 3D-сканирования действительно полезны для обратного проектирования доступной детали, которую можно легко воспроизвести с помощью 3D-печати.

Любая отрасль может извлечь выгоду из легких деталей и компонентов, поскольку это снижает стоимость материалов и энергопотребление. Однако использование легких деталей в автомобильном секторе при производстве транспортных средств имеет решающее значение. Кроме того, электромобили обычно не достигают таких пиковых скоростей, как двигатели внутреннего сгорания. Ожидается, что облегчение электромобилей повысит эффективность двигателя и поможет преодолеть разрыв между двумя типами транспортных средств.

USP аддитивного производства

Аддитивное производство оказалось мощной технологией, революционизирующей производственные процессы в различных отраслях конечных пользователей. Технологии аддитивного производства практичны и надежны и эффективно используются в течение последних нескольких лет. Технологии аддитивного производства с помощью 3D-принтера позволяют компаниям мгновенно получать необходимые инструменты, не завися от другого поставщика, поскольку 3D-принтер позволяет им мгновенно проектировать и настраивать детали без необходимости использования громоздких инструментов или доработок пресс-форм. Это также помогает снизить стоимость доставки, а также экономит время, когда требуются запасные части для ремонта, например, в гоночных автомобилях.

Такие отрасли, как аэрокосмическая и оборонная, являются одними из других отраслей, которые используют продукты аддитивного производства для своей работы. Детали самолетов используются в продуктах аддитивного производства, которые легкие и могут выдерживать суровые условия окружающей среды. Из-за меньшего количества требуемого материала и процесса формирования материалов послойно аэрокосмическая промышленность использует его как преимущество для снижения веса и сокращения отходов, что очень важно для производства аэрокосмических деталей для крупных компаний.

Кроме того, благодаря быстрому развитию и инновациям в медицинской промышленности использование продуктов аддитивного производства имеет большое преимущество для врачей, пациентов и исследовательских учреждений. Благодаря проектированию функциональных прототипов, обеспечиваемому технологиями аддитивного производства, было большое преимущество в создании гибкой конструкции различных жизненно важных инструментов, необходимых для хирургических и учебных целей, инструментов, используемых в стоматологических процедурах, предоперационных моделей для компьютерной томографии, изготовленные на заказ направляющие для пил и сверл, корпуса и специализированные инструменты.

Помимо этого, различные другие отрасли зависят от технологий аддитивного производства для быстрого и настраиваемого дизайна, обеспечиваемого 3D-принтерами. Технологии аддитивного производства ускоряют производство и удовлетворяют спрос на различные дизайнерские изделия, необходимые в разных формах и дизайнах, обладающие реалистичностью и функциональностью. Некоторые из конечных пользователей — это компании-производители электроники и дизайнеры архитектурных моделей, а также многие другие.

Простота настройки побуждает покупателей увеличивать расходы на аддитивное производство.

Поскольку компании производят стандартизированные и универсальные продукты с тем же дизайном и узором, что и при массовом производстве, существует спрос на индивидуальные продукты, где каждый клиент — это отдельный человек со своим личным дизайном или продуктом, используемым по предпочтениям.

Аддитивное производство, в отличие от традиционного производства, позволяет производить индивидуальную настройку без дополнительных затрат и не требует дополнительных форм или инструментов для процесса проектирования. Для этого нужен только прототип 3D-проекта, и заказчик может его создать сам. Благодаря простоте настройки и быстроте производства существует высокий спрос на аддитивное производство. Более того, использование технологий аддитивного производства может дать потребителям уникальный покупательский и потребительский опыт, давая им чувство принадлежности и удовлетворенности потребителя по сравнению с аналогом, который не обеспечивает персонализацию.

Например, немецкий производитель автомобилей BMW предоставил клиентам серии BMW MINI возможность индивидуальной настройки дизайна через интернет-магазин компании в отношении некоторых конкретных деталей, таких как дверные ручки или части боковых панелей. С другой стороны, компания NORMAL, производящая наушники, предоставила клиентам возможность создавать свои наушники, создавая дизайн в соответствии с творческими способностями клиента, загружая их приложения, и клиенты будут получать свои собственные индивидуальные наушники.

Традиционные процессы производства компонентов зависят от использования высокопроизводительных ресурсов в сочетании с элементами управления для достижения чрезвычайно высокого уровня точности. Однако традиционные производственные процессы не могут превзойти преимущества использования процессов аддитивного производства. Кроме того, с помощью аддитивного производства можно создавать сложные конструкции, которые было бы довольно сложно реализовать с помощью традиционных производственных процессов. Функциональность и точность аддитивного производства намного выше, чем у традиционных производственных процессов. Время производства при аддитивном производстве может быть сокращено с недель до дней, в отличие от традиционных методов производства. Машины аддитивного производства могут печатать непрерывно и требуют минимального контроля. Это позволяет производителю работать по принципу «точно в срок», производя необходимое количество и избегая траты денег и складских помещений на излишки запасов.

Более того, разнообразные процессы, доступные в аддитивном производстве, обеспечивают различные производственные преимущества по сравнению с традиционными производственными процессами. Таким образом, ожидается, что простота изготовления сложных и индивидуальных конструкций с коротким производственным циклом будет стимулировать мировой рынок аддитивного производства.

Насущные проблемы: краткий обзор

Ожидается, что высокая стоимость оборудования и ограниченный доступ к профессионалам в области аддитивного производства станут одними из факторов, которые, вероятно, ограничат сферу применения технологий аддитивного производства в течение следующих нескольких лет. Стоимость оборудования для аддитивного производства составляет от 300 000 до 1,5 миллионов долларов США. Кроме того, промышленные расходные материалы попадают в ценовой диапазон от 100 до 150 долларов США за штуку. В результате трудоемкие производственные компании, скорее всего, воздержатся от использования таких производственных технологий для собственного производства.

Аддитивное производство считается спасением в производстве сложных конструкций. Но у него все еще есть определенное ограничение, которое еще больше сдерживает его рост на рынке. Аддитивное производство считается идеальным для изготовления прототипов и сложных деталей или конструкций, но производство больших отдельных деталей по-прежнему сложно.

В аддитивном производстве используется процесс лазерного плавления в порошковом слое (PBF), позволяющий создавать сложные и замысловатые формы наряду с органическими структурами. Эти формы считались слишком дорогими или сложными для производства с использованием традиционных производственных операций. Например, лазерный PBF можно использовать для производства легких компонентов, чтобы обеспечить самые сложные решетчатые структуры и обеспечить эффективное использование материала.

Позитивный прогноз в отношении сектора здравоохранения

Развитие оцифровки медицинских изображений и эта оцифровка позволяют реконструировать 3D-модели анатомии пациентов. Типичный рабочий процесс персонализированного медицинского устройства начинается с визуализации или фиксации геометрии анатомии пациента с использованием методов компьютерного 3D-сканирования. Такие данные можно использовать для печати 3D-моделей анатомии пациента или для создания персонализированных устройств или имплантатов.

В медицинском секторе существуют различные медицинские применения аддитивного производства, которые включают в себя медицинские модели, имплантаты, инструменты, инструменты и детали для медицинских устройств, медицинские вспомогательные средства, вспомогательные направляющие, шины и протезы, а также биопроизводство и многое другое. Например, медицинские модели основаны на анатомии пациентов и используются для пред- и послеоперационного планирования операций, обучения студентов-медиков и информирования пациентов и их семей. Модели можно взять для конкретного интересного раздела. Медицинские модели широко используются для строения черепно-челюстно-лицевой области, конечностей, таза и других костей. Эти медицинские модели изготавливаются посредством проектирования прототипов на 3D-принтере, где рабочий процесс дизайна и размеров определяется с помощью рентгеновских лучей, компьютерной томографии, МРТ и многих других методов сканирования.

«Автономный» сегмент доминировал на рынке благодаря наличию технологически продвинутых автономных устройств 3D-печати, а также увеличению исследований и разработок ключевых игроков рынка в рамках подготовки к выпуску передовых автономных систем. По данным Data Bridge Market Research, рынок 3D-печати в сфере здравоохранения, как ожидается, будет расти в среднем на 22,8% в течение прогнозируемого периода с 2022 по 2029 год.

Чтобы узнать больше об исследовании, посетите https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-healthcare-3d-printing-market

С другой стороны, имплантаты производятся прямым или косвенным аддитивным способом для замены дефектных или отсутствующих тканей, что также включает в себя стоматологические применения, такие как коронки и мосты. Материал должен быть совместим с тканями. Аддитивное производство — выгодное решение, аналогичное медицинской модели. Благодаря технологиям аддитивного производства мы можем изготовить персонализированный имплантат с помощью цифровой 3D-печати, которая подстраивается под конкретного пациента.

Анализ рынка Data Bridge показывает, что в вышеупомянутый прогнозируемый период ожидается, что среднегодовой темп роста рынка составит 4,21%. Растущая распространенность эпилепсии, сердечных заболеваний и болезни Паркинсона является жизненно важным фактором, способствующим развитию рынка микроэлектронных медицинских имплантатов.

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

Ожидается, что государственные расходы активизируют рыночное движение

Аддитивное производство рассматривается как одна из потенциальных категорий, где компании совершают революцию в сфере производства и промышленного производства с помощью цифровых процессов, коммуникации и визуализации. Увидев потенциал и возможность вклада этого сектора в экономику различных стран, правительства разных стран разрабатывают разные стратегии для поддержки и продвижения аддитивного производства в различных секторах.

Например, правительства Китая, США и России укрепили уверенность пользователей в передовых технологиях посредством принятия и разработки приложений для применения военной силы. Например, подразделение аддитивного производства Корпуса морской пехоты создало самый крупный 3D-принтер по бетону, способный напечатать казарменную хижину площадью 500 квадратных футов всего за 40 часов. С другой стороны, Национальный институт стандартов и технологий (NIST) Министерства торговли США выделил гранты на сумму 3,7 миллиона долларов США, чтобы помочь устранить текущие и будущие препятствия на пути широкого внедрения аддитивного производства на основе металлов посредством измерительных научных исследований.

Заключение

Аддитивное производство стало одним из ключевых инструментов, который не только снижает общую стоимость владения производственных компаний, но и приводит к улучшению структурных особенностей компонентов. Ожидается, что позитивный прогноз производственного сектора развивающихся стран, включая Китай и Индию, в сочетании с высокими расходами на НИОКР в автомобильной, аэрокосмической и медицинской отраслях, будет держать пальцы скрещенными для участников отрасли, работающих в цепочке создания стоимости аддитивного производства. Ожидается, что в ближайшем будущем компании-производители увеличат расходы на снижение стоимости доставки своих предложений своим клиентам, а также расширят базу своих покупателей, чтобы повысить осведомленность о готовой продукции или предложениях.

Data Bridge Market Research анализирует, что рынок растет со среднегодовым темпом роста 20,9% в прогнозируемом периоде с 2023 по 2030 год и, как ожидается, достигнет 91 853,88 миллиона долларов США к 2030 году. Основным фактором, способствующим росту рынка аддитивного производства, является растущий спрос. для легких компонентов автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Чтобы узнать больше об исследовании, https://www.databridgemarketresearch.com/ru/reports/global-additive-manufacturing-market