Três áreas que impedem a indústria de impressão 10.6D de US$ 3 bilhões

A empresa de pesquisa de mercado SmarTech Analysis divulgou recentemente seus dados para a indústria de manufatura aditiva (AM). Determinou que, em 2021, o setor de impressão 3D atingiu US$ 10.6 bilhões na receita, excluindo as receitas associadas a contratos de manutenção de hardware e equipamentos de pós-processamento. A empresa projeta ainda que a AM deve crescer para mais de US$ 50 bilhões até 2030.

Esse crescimento está intimamente ligado à tendência de que os grandes fabricantes usarão cada vez mais a tecnologia para produção em massa. No entanto, para que a AM alcance a adoção em larga escala, ela precisará avançar significativamente em três áreas cruciais e inter-relacionadas: produtividade, integração de fábrica e controle de qualidade. Felizmente para a indústria, todas essas questões também estão sendo abordadas ativamente.

Taxa de impressão 3D

Devido às suas raízes como tecnologia de prototipagem, a impressão 3D nunca foi projetada com a produção em massa em mente. Em vez disso, sua capacidade de criar formas complexas foi limitada a peças únicas ou fabricação em pequenos lotes. Por esse motivo, as empresas da indústria de impressão 3D têm trabalhado para desenvolver sistemas que possam produzir muitas peças o mais rápido possível, um conceito conhecido como rendimento.

Entre os líderes nesse sentido está a HP, que passou anos pesquisando a tecnologia antes de finalmente revelar tecnologias capazes de produção rápida tanto em plásticos quanto em metais. A gigante da impressão 2D transferiu sua experiência em cabeças de impressão a jato de tinta para impressão 3D com uma tecnologia chamada Multi Jet Fusion (MJF). A MJF já está sendo usada para produzir grandes lotes de peças de polímero para tudo, desde eyewear para bots de supermercado.

Este é apenas o começo para a empresa, que agora está lançando sua tecnologia Metal Jet. Uma forma do que é chamado de "jateamento de ligante de metal", o Metal Jet deposita um ligante líquido no pó de metal, criando um componente que deve ser sinterizado em um forno. Clientes tão grandes quanto a Volkswagen estão investindo na tecnologia com um plano de produção em massa de até 100,000 componentes metálicos anualmente para veículos de consumo.

No entanto, a HP não é a única empresa neste espaço em rápida evolução. Uma startup amplamente divulgada chamada Desktop Metal está trabalhando para acelerar o jato de ligante de metal. A GE também está trabalhando em sua própria versão da tecnologia. Ao todo, essas empresas estão inaugurando uma era em que pós metálicos de baixo custo podem ser usados ​​para imprimir em 3D um grande número de peças em um único trabalho, potencialmente alterando completamente a estrutura de custos da impressão 3D de metal.

Isso significa que eles enfrentarão os líderes estabelecidos em impressão 3D de metal, que normalmente dependem de raios laser de alta potência em pós metálicos caros. Essas empresas também estão trabalhando para aumentar o rendimento, adicionando até 12 lasers às suas máquinas.

Fábricas de impressão 3D

Embora uma frota de impressoras 3D possa ser capaz de fabricar em volume, isso não significa que elas necessariamente se encaixam em uma operação de fábrica existente. Em grande parte, isso se deve ao fato de que eles não possuem software em nível de produção em massa.

Agora, um punhado de startups surgiu para enfrentar o desafio de desenvolver software específico de AM para sistemas de execução de manufatura (MES). Essas ferramentas permitem gerenciar uma frota de impressoras 3D e conectá-las ao software de produção existente de uma empresa. Eles normalmente auxiliam em todo o fluxo de trabalho do pedido à fabricação. Isso significa cotação e rastreamento de pedidos, preparação de arquivos de impressão, monitoramento de trabalhos de impressão e coleta de dados, enfileiramento de frota de impressoras, controle de qualidade e envio.

O software MES necessariamente se conecta às ferramentas de software existentes de uma empresa. Isso inclui gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM), planejamento de recursos empresariais (ERP) e software de TI geral. Embora o PLM possa incluir o software de modelagem 3D preferido de uma empresa, o ERP será composto de tudo, desde programas de folha de pagamento até ferramentas para rastrear as finanças gerais.

As plataformas MES agora estão trabalhando para pegar todo o software com o qual um fabricante já pode estar trabalhando e inserir a impressão 3D na mistura. No entanto, eles não estão apenas se limitando ao AM. Muitos desenvolvedores de MES procuram se conectar com outros equipamentos de produção, como máquinas CNC. Então, com a ajuda do aprendizado de máquina, todo o fluxo de trabalho pode ser aprimorado automaticamente à medida que os dados de cada pedido e cada trabalho de máquina são realimentados no ciclo de trabalho. A inteligência artificial está aumentando significativamente os recursos do software MES.

Controle de qualidade de impressão 3D

Talvez o maior obstáculo para a adoção generalizada de AM seja o controle de qualidade. Isso porque, com aditivo, cada parte é distinta. Cada ponto na plataforma de construção pode ser ligeiramente diferente e mesmo a menor variação em um parâmetro de impressão pode alterar a microestrutura do objeto impresso.

Por sua vez, um objeto impresso em um ângulo não será o mesmo que um impresso em outro. E, como as peças são construídas camada por camada, é difícil validar as geometrias internas de um item após a conclusão da impressão. Como resultado, a única maneira verdadeira de garantir a qualidade de um objeto impresso é com uma tomografia computadorizada, normalmente um método de custo proibitivo para inspecionar várias peças.

Felizmente, não são apenas novos sistemas de tomografia computadorizada com preços mais baixos chegando ao mercado, mas existem outras ferramentas que estão sendo utilizadas para garantir a qualidade das peças impressas. Entre eles está a simulação computacional. Empresas como a ANSYS desenvolveram softwares que podem antecipar quaisquer defeitos que ocorram durante o processo de impressão e compensar para eles. A Hexagon está dando um passo adiante ao problemas de previsão no nível microscópico.

Enquanto isso, empresas como Sigma Labs e Additive Assurance criaram hardware para monitorar as câmaras de construção de impressoras 3D de metal para detectar erros. Cada vez mais, essas ferramentas permitirão feedback ativo para que as máquinas possam corrigir problemas rapidamente durante o processo de impressão. Quando conectado ao software MES e à simulação de impressão 3D, o equipamento pode aprender com os erros do passado e resolvê-los antes mesmo que aconteçam no futuro.

Ao todo, essas áreas estão avançando a taxas incríveis, em grande parte porque os fabricantes veem o valor de poder produzir objetos a partir de arquivos digitais sob demanda. À medida que empresas grandes como Ford, GE e Siemens procuram a impressão 3D para produzir peças finais de qualidade, estão levando todo o mercado de aditivos a atender às suas necessidades. Para chegar a US$ 50 bilhões até o final do século, a indústria de impressão 3D precisa ser capaz de fabricar milhões de peças para esses clientes.