Additiv fremstilling
Laserpulverbedsfusion er lige blevet mere attraktiv med dette seneste gennembrud
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Hvilken teknologi vil dominere 3D-print?
As 3D-print, også kaldet additiv fremstilling, i stigende grad bliver en nøglekomponent i avanceret fremstilling, er det vigtigt at optimere processen yderligere. Dette skyldes, at 3D-printede dele og komponenter typisk anvendes i meget krævende applikationer, som bilmotorer, raketter, militært udstyr osv. Så i disse omstændigheder kan enhver fejl i en komponent udløse en katastrofal dominoeffekt.
Dette er noget, der vil være afgørende for at lade industrien bevæge sig fra den nuværende konsolidering til at blive den dominerende fremstillingsproces i forhold til ældre metoder, der smelter metal i støbeforme og bearbejder.
En 3D-printteknik i særdeleshed bruges til præcisionsfremstilling: laserpulverbedsfusion.
Forskerne ved University of Wisconsin-Madison og Argonne National Laboratory har for nylig analyseret processen med avanceret røntgenbilleddannelse og mener, at de kan reducere defekterne under fremstillingen dramatisk. De offentliggjorde deres resultater i International Journal of Machine Tools and Manufacture under titlen “Revealing mechanisms of processing defect mitigation in laser powder bed fusion via shaped beams using high-speed X-ray imaging”.
Laserpulverbedsfusion
Den måde, pulverbeds‑3D‑print fungerer på, er, at et lag pulver, som indeholder materialet, der bruges til den additive fremstilling, deponeres i en beholder. En laser smelter/fletter derefter pulveret i den zone, der vil danne den 3D‑printede genstand.
Et nyt lag pulver deponeres derefter ovenpå, og de dele, der skal smeltes og tilføjes til genstanden, målrettes igen af laserstrålen. Gøres dette over tilstrækkelig tid, kan meget komplekse former produceres, såvel som relativt store genstande.
Kilde: ResearchGate
Du kan se laserpulverbedsfusion i aktion i denne video, samt nogle eksempler på, hvad der kan fremstilles med denne teknik.
Laserpulverbedsfusion kan bruges til at producere genstande i plast, men vigtigere er, at den også kan producere metaller, herunder titanium, stål, kobolt‑chrom, aluminium osv.
Fordelen ved denne metode er, at den skaber meget præcis geometri med tolerancer på +/- 0,2 mm, svarende til metal‑injektionstøbemaskiner. Den spilder også meget lidt materiale, da det ubrugte pulver kan indsamles og genbruges.
Større dele kan printes hurtigt nok ved at bruge flere laserstråler på én gang, typisk i mere avancerede 3D‑printerdesign.
Det bør bemærkes, at laserpulverbedsfusion er en paraplybetegnelse, der dækker flere forskellige underteknikker:
- Selective Laser Melting (SLM) og Direct Metal Laser Sintering (DMLS), begge varemærkebeskyttede processer, der bruger et lasersystem til fuldstændigt at smelte metalpulver.
- Electron Beam Melting (EBM), lignende SLM men ved brug af en elektronstråle i en inert atmosfære eller vakuumkammer.
- Selective Laser Sintering (SLS), som bruger pulveriseret polymermateriale, hvor laser kun sintrer partiklerne sammen og ikke fuldstændigt smelter materialet.
Forebyggelse af 3D-printfejl
I teorien er additiv fremstilling af metaldele ækvivalent med traditionelle støbte dele. I praksis kan der opstå problemer som porer eller “huller”, ru overflader og store sprøjt.
Sådanne strukturelle problemer kan føre til, at delene går i stykker, hvilket er uacceptabelt i kritiske anvendelser.
“Fordi vi forstod de underliggende mekanismer, kunne vi hurtigere identificere de rette bearbejdningsbetingelser for at producere højkvalitetsdele ved hjælp af den ringformede stråle.”
Lianyi Chen – lektor i maskinteknik ved UW‑Madison
Ringformet laserstråle
Den første ændring, forskerne foretog i deres 3D‑printdesign, var at erstatte den sædvanlige laserstråle med en ringformet laserstråle, leveret af et laserfirma kaldet nLight, som skaber halvlederlasere.
Denne anderledes form skaber en bedre cirkulation af det smeltede metal i smeltebadet generelt og mindre bølger på overfladen af den nyoprettede genstand. Sprøjt er også mindre store og rejser sig kortere afstande.
Matchning af model og observationer
Forskerne bekræftede disse observationer ved at bruge Argonne National Laboratories høj‑energi synchrotron‑røntgenfacilitet. De brugte den til at skabe højhastighedssnapshots af 3D‑printprocessen, så forskerne kunne kontrollere, om deres matematiske model simulerede virkeligheden korrekt.
3D-print hurtigere
Forskerne formåede også at få den ringformede stråle til at bore dybere ned i pulveret uden at skabe mere ustabilitet. Dette resulterede i tykkere lag uden at svække det færdige produkt.
Da produktionen i sidste ende kræver færre lag, øger dette hastigheden af fremstillingen og den samlede produktivitet af maskinen.
Eksempel på pulverbedsfusion
Denne type arbejde er langt fra kun en akademisk demonstration. Det kunne forbedre de pulverbeds‑fusionsmaskiner, der allerede anvendes i industrien. Et godt eksempel er inden for luftfart, med brændstofdyse på General Electrics GE9X‑motor, som anvendes på Boeing 777‑fly.
GE9X er den største turbofan‑motor, der er produceret, og den additivt fremstillede dyse er fem gange mere holdbar end tidligere versioner.
Det bør bemærkes, at sådanne udviklinger stadig er meget nye, med GE9X‑designet godkendt af FAA først i 2020.
Selv en højere kvalitet af pulverbeds‑fusionsprocessen, såvel som en hurtigere, kunne forbedre designet yderligere, samtidig med at omkostningerne reduceres.
Fremtiden for 3D-print?
Mod avanceret fremstillingsdominans
Vi har tidligere diskuteret, hvordan 3D-print konsolideres i fremtidens fremstilling.
Dette er sandt inden for avanceret fremstilling som biomedicinske implantater eller luftfart. Efterhånden som kvaliteten af additivt fremstillede dele forbedres, vil dette sandsynligvis blive den dominerende fremstillingsmetode i så krævende industrier.
Dette vil sandsynligvis også gælde for robotik, produktion i kredsløb, eller endda holografisk 3D-print direkte inde i vores kroppe.
Mod flere anvendelser
En anden ændring vil ske, når 3D-print bliver billigere.
Dette vil delvist skyldes øget udnyttelse, da flere producerede 3D‑printere vil skabe stordriftsfordele og sænke omkostningerne ved maskinen og deres råmaterialer.
En anden faktor vil være forbedringer af teknologien. Den kan optimere udnyttelsen af råmaterialer (reducere driftsomkostninger) eller producere dele hurtigere (reducere CAPEX‑omkostninger).
Dette kunne inkludere tykkere lag med ringformede laserstråler som i denne undersøgelse. Eller måske bruge 2 laserstråler på én gang. Og endda 3D‑printet elektronik tilføjet til de 3D‑printede materialer og dele.
Investering i 3D-print
3D-print når nu teknologisk modenhed samt markeds‑konsolidering. Dette giver investorer lidt mere gennemsigtighed end tidligere og bekræfter, at denne teknologi er langt fra en modeflugt, men er her for at blive.
Du kan investere i 3D‑print‑relaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan på dette websted finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, UK, såvel som mange andre lande.
(GE.TO )Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke 3D‑print‑virksomheder, kan du også kigge på ETF’er som ARK Invest 3D Printing ETF (PRNT) for at drage fordel af væksten i den additive fremstillingssektor som helhed.
Eller konsulter vores artikler “Top 10 Additive Manufacturing And 3D Printing Stock to Watch“, og “Top 10 Nanotechnology Stocks“.
Ringformet laservirksomhed
LASR Prisdiagram
Indtil videre har vinderne inden for 3D‑print‑teknologi primært været 3D‑printerproducenterne og slutbrugerne. Producenterne af individuelle dele til 3D‑printere er sværere at investere i, da de fleste er afhængige af relativt standardiserede komponenter som standardlaser.
Dette er ikke tilfældet med den innovation, der diskuteres her, hvor ringformede laserstråler er en ny udvikling, der måske netop har fundet en gennemslagskraftig anvendelse.
Forskerne brugte en laser produceret af nLight, nærmere bestemt den kontinuerlige bølge (CW) AFX1000 fiberlaser.
Det alsidige udvalg af stråleindstillinger muliggør bearbejdning af alle metaller uden kompromis. Ved skæring leverer disse fiberlasere CO₂‑lignende kantkvalitet for tykt metal og hastighedsfordelene ved fiberlasere for tyndt metal — alt sammen med pålidelighed og lave ejeromkostninger for fiberlasere.
Denne laser kan modificere ringens form for at udføre mere eller mindre fin 3D‑print og komplekse geometrier.
Kilde: Trokut Solutions
Virksomheden har set sine indtægter vokse støt fra 2016‑2021, for derefter at lide under et fald, hovedsageligt drevet af faldende salg i Kina. Dette var sandsynligvis i forbindelse med de voksende handelskonflikter mellem Kina og Vesten samt konkurrence fra kinesiske indenlandske laserproducenter.
Med i øjeblikket 95 % af kunderne uden for Kina er det usandsynligt, at dette vil fortsætte med at påvirke virksomheden fremadrettet.
Kilde: nLight
De blandede resultater afspejler dette skift, med industrielle salg, der faldt kraftigt i 2024, mens mikro‑fabrikations‑ og luftfartssegmenterne oplevede en boom.
Kilde: Trokut Solutions
Det seneste fald i salg har fået pengestrømmen fra driften til at falde tilbage i negativt territorium i 2024. Men hvis væksttrenden inden for luftfart og mikro‑fabrikation/3D‑print fortsætter, understøttet af den generelle vækst i disse sektorer og nLights unikke teknologiske fordel, bør nLight vende tilbage til rentabilitet.
Studierreferencer:
1. Yuan, J., Guo, Q., Clark, S. J., Escano, L. I., Nabaa, A., Qu, M., Huang, J., Li, Q., Román, A. J., Osswald, T. A., Fezzaa, K., & Chen, L. (2025). Revealing mechanisms of processing defect mitigation in laser powder bed fusion via shaped beams using high-speed X-ray imaging. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 204, 104232. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2024.104232
