Stampa 3D nella produzione: visualizzazione di una nuova modalità di produzione
Con l'avvento di stampanti 3D di fascia consumer a prezzi più bassi, questa tecnologia - che esiste dagli anni '80 - ha recentemente fatto il suo debutto nell'home office.
Ma le stampanti 3D non hanno solo un impatto a livello di consumatori. Invece, stanno lentamente cambiando il modo in cui i produttori pensano al design, alla prototipazione e persino alla produzione.
Mentre la tecnologia continua a migliorare, le stampanti 3D possono produrre sempre più parti con un ROI più elevato rispetto alle tecniche di produzione convenzionali . Potremmo guardare all'orizzonte una modalità di produzione completamente nuova?
L'industria della stampa 3D oggi
La stampa 3D è cresciuta fino a raggiungere un livello di $ 6,663 miliardi di dollari e vanta un'impronta in un'ampia gamma di settori. Nel 2016, l'industria della "produzione additiva", come è noto, è cresciuta del 17,4% nei ricavi mondiali. L'anno scorso sono state spedite circa 500.000 stampanti, ma non è nulla rispetto ai 6,7 milioni stimati che verranno spediti nel 2020.
Aziende come Formlabs e Stratasys stanno sperimentando modi per aumentare la produzione di stampa 3D per renderla più competitiva con i metodi di produzione convenzionali in termini di ROI. Con l'aumentare delle capacità del volume di produzione di queste stampanti e l'automatizzazione dei processi, una componente essenziale di tutti gli aspetti della produzione di oggi, il costo totale della produzione viene drasticamente ridotto. Il risultato è un prodotto più economico che viene creato più rapidamente e con un minore intervento umano.
"[Il] settore della stampa 3D ha dimostrato di avere implicazioni significative per settori quali automotive, macchinari, aviazione e altro ancora e le applicazioni continueranno a crescere poiché queste industrie dimostrano l'efficienza e l'efficacia della tecnologia nella produzione ", ha dichiarato a Mobby Business John Kawola, presidente di Ultimaker North America. "Ma la stampa 3D è parte di qualcosa di più grande: la realizzazione della prossima rivoluzione manifatturiera - Industria 4.0."
Industria 4.0, chiamata anche Manufacturing 4.0, si riferisce al nesso della tecnologia nello spazio di produzione moderno. La visione include spesso Internet of Things (IoT), machine learning, realtà mista e robotica e la stampa 3D è parte integrante di tale visione.
Il ruolo della stampa 3D nel processo di produzione
La stampa 3D già gioca diversi ruoli nel processo di produzione, ed è pronto a fare ulteriori guadagni in quanto è raffinato e perfezionato. Attualmente, la progettazione e la prototipazione rapida sono due dei principali processi che traggono vantaggio dalle stampe 3D. Le stampanti 3D sono anche utili nella produzione a basso volume, ad esempio quando sono necessarie piccole quantità di prodotto per testare il mercato o pubblicizzare nelle fiere. E con il passare del tempo, le capacità di produzione delle stampanti 3D continuano a crescere.
In ogni aspetto della produzione, le stampanti 3D possono ridurre i tempi e i costi necessari per ottenere un prodotto valido. Ecco perché Jack Beuth, professore nel Dipartimento di ingegneria meccanica presso il College of Engineering della Carnegie Mellon University e co-direttore del NextManufacturing Center, ritiene che la stampa 3D debba essere considerata una tecnologia nuova di zecca a livello di personal computing o smartphone.
"Le aziende stanno ora cercando di sfruttare la tecnologia per diventare più redditizie e in che modo coinvolgeranno innovazioni che sono molto più che semplici sostituzioni per la produzione tradizionale", ha affermato Beuth. "Con la produzione additiva, ci occupiamo di dove il personal computing è stato nel 1983."
Design
Poiché le stampanti 3D sono una tecnologia più flessibile, i team di progettazione possono sperimentare strutture più forti o più interessanti e creare forme geometriche complesse che i precedenti metodi non erano in grado di realizzare.
"Gli obiettivi di progettazione che incoraggiamo i clienti a pensare di sbloccare realmente il valore della stampa 3D sono il lightweighting, la creazione di strutture a reticolo per ridurre il materiale utilizzato, la combinazione di assiemi, riduzione dei passaggi di manodopera e assemblaggio e dei potenziali punti di guasto; anche costi minori, come la riduzione della garanzia della qualità e l'inventario gestito ", ha affermato Greg Thompson, product manager globale per la stampa 3D presso Proto Labs.
Proto Labs consente agli ingegneri di caricare i propri file CAD digitali e l'azienda gira attorno ai prototipi o ai bassi -volume le portate del prodotto in 15 giorni o meno
"Una volta ottenuto il file, il nostro software incorpora strumenti di visualizzazione e fornisce un progetto per l'analisi di producibilità", ha affermato Thompson. "Tutto ciò viene quindi trasferito al nostro reparto, oltre che al cliente con un preventivo."
A seconda della natura del prodotto, Proto Labs supporta la stampa 3D, lo stampaggio a iniezione e la produzione CNC. Il suo processo consente al cliente di impegnarsi con la creazione del proprio design dall'inizio alla fine. Se qualcosa ha bisogno di essere aggiustato, dai tempi di consegna alla produzione fino alla quantità di materiali utilizzati per la progettazione, il cliente sarà in grado di rispondere prima della produzione.
"Quel filo digitale è fondamentale, perché se avessimo isole diverse a passi diversi Non siamo riusciti a fornire i tempi di consegna ", ha detto Thompson.
La prototipazione
Le stampanti 3D hanno anche ridotto notevolmente il tempo necessario per creare un prototipo funzionante di un prodotto. La creazione di prototipi più economica e rapida accelera lo sviluppo del prodotto, riduce i costi a tutto campo e velocizza il time to market totale.
"La stampa 3D è ampiamente utilizzata per la prototipazione nello sviluppo di prodotti oggi per accelerare i cicli di progettazione e consentire ai progettisti di esplorare in modo efficiente più opzioni ", ha detto il dott. Paul Benning, collega HP e tecnologo capo della stampa 3D presso HP Inc." In genere, questi progetti sono stati realizzati in processi analogici come lo stampaggio a iniezione, ma in futuro le parti saranno prodotte utilizzando la stampa 3D. "
Utilizzando la stampa 3D, è possibile creare diverse iterazioni di vari progetti per testare e raccogliere feedback, consentendo alle aziende di determinare in anticipo quale sia il modello migliore. In passato, questo tipo di pratica sarebbe costosa e probabilmente insostenibile anche per le società più redditizie. Oggi è a portata di mano per quasi tutti.
"Negli ultimi 25 anni, il paradigma per lo sviluppo di prodotti avanzati è stato quello di effettuare estese simulazioni e design iterazione prima di creare i primi prototipi funzionali da testare", ha affermato Beuth. "Ora questo sta cambiando: una volta che hai un progetto realizzabile, puoi stampare un prototipo e testarlo a un costo minimo, riducendo sostanzialmente i tempi di sviluppo del prodotto."
Produzione a basso volume
Mentre le stampanti 3D battono attualmente le convenzionali metodi per le prime parecchie migliaia di parti prodotte, quel numero è in costante aumento, dipingendo l'immagine di un futuro di produzione stampato in 3D.
"In futuro, è possibile che tutta la produzione di parti a breve termine utilizzi la stampa 3D," Benning disse. "I team di prodotto mirati [saranno] in grado di lanciare nuovi prodotti su base settimanale o giornaliera - limitati solo dal loro tempo e dalla loro immaginazione, non più vincolati dagli asset di capitale necessari per la produzione analogica.Questo processo di sviluppo agile per le parti fisiche, abilitato da La stampa 3D ha il potenziale per migliorare radicalmente e accelerare i prodotti che vedremo e utilizzeremo in un futuro non troppo lontano. "
Dagoma 3D sta lavorando per renderlo realtà. La scalabilità della produzione delle sue stampanti 3D, che sono parzialmente stampate in 3D, ha consentito di produrre da 50 a 70 stampanti al giorno. L'azienda ora vanta tre stabilimenti, due in Francia e uno negli Stati Uniti, con una flotta di circa 850 stampanti 3D in totale. Quest'anno, la società prevede di spedire 15.000 stampanti.
"La stampa 3D delle nostre stampanti è ... più veloce e ... più economica per il cliente", ha dichiarato Matt Regnier, CEO di Dagoma 3D. "La stampa 3D ci aiuta a crescere più velocemente e ci aiuta a ridurre i costi ea ridurre il prezzo."
Un futuro di produzione di massa?
Con il passare del tempo, il numero di parti che le stampanti 3D possono assumere, mentre vanta un ROI maggiore rispetto ai metodi convenzionali come lo stampaggio a iniezione continua a crescere, ha affermato Regnier. Inoltre, una linea di produzione basata sulla tecnologia di stampa 3D è più semplice da modificare.
"Penso che uno dei principali vantaggi ... sia di poter adattare e adattare l'intera linea di produzione alla velocità delle linee di produzione di stampa 3D" Disse Regnier. "Ad esempio, se vogliamo migliorare qualcosa sulla nostra macchina, è facile y - è solo a un clic di distanza.Per un'altra tecnologia come l'iniezione, non è a un clic di distanza, mancano due o tre mesi. Dovremmo cambiare gli stampi, spedirli, assicurarci che siano pronti e funzionanti, e quindi iniziare a produrre. "
Secondo Thompson, è improbabile che la stampa 3D sostituirà la produzione tradizionale, ma per progetti che hanno un senso, sembra inevitabile Le capacità di stampa 3D continueranno a crescere in termini di volume.
"L'industria della stampa 3D sta affrontando il problema dell'efficienza delle macchine e del contenimento dei costi dei materiali", ha affermato Thompson. "Mentre l'industria continua ad affrontare queste sfide, vedremo più progetti che hanno senso per la stampa 3D a quantità maggiori, ma penso che sarà un'evoluzione verso quello."
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