Προσθετική κατασκευή
Ακουστική Παρακολούθηση – Είναι το Κλειδί για την Εμπορευματοποίηση της Λασερ-Βασισμένης Προσθετικής Κατασκευής;
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Η αγορά προσθετικής κατασκευής βρίσκεται σε άνοδο. Όπως υποδεικνύουν εκτιμήσεις έρευνας του κλάδου, η παγκόσμια αγορά προσθετικής κατασκευής μετάλλων και πολυμερών, με αποτίμηση 7,17 δισεκατομμυρίων ευρώ το 2020, αναμένεται να επεκταθεί σε 19,23 δισεκατομμύρια ευρώ μέχρι το 2026. Αυτή η διαδρομή ανάπτυξης υποδηλώνει σχεδόν τριπλασιασμό εντός έξι ετών.
Διάφοροι κλάδοι αξιοποιούν την προσθετική κατασκευή για την επίτευξη των παραγωγικών τους στόχων. Ιδιαίτερα, οι αναφορές υποδεικνύουν ότι οι τομείς της αεροδιαστημικής, των τουρμπίνων και των ελικοπτέρων ηγούνται, κατέχοντας το μεγαλύτερο μερίδιο. Ακολουθεί στενά η σημαντική υιοθέτηση στον ιατρικό κλάδο.
Με το αυξανόμενο μέγεθος της αγοράς και το συνεχώς διευρυνόμενο φάσμα εφαρμογών, η προσθετική κατασκευή έχει διαφοροποιηθεί εκτενώς, τόσο σε μορφή όσο και σε εφαρμοσιμότητα. Μια αξιοσημείωτη εξέλιξη σε αυτόν τον χώρο είναι η λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή. Στις επόμενες ενότητες, θα εξετάσουμε το εμπορικό της δυναμικό και τον σημαντικό ρόλο που η ακουστική παρακολούθηση μπορεί να διαδραματίσει στην επιτυχή της εφαρμογή.
Ωστόσο, πριν εμβαθύνουμε σε αυτές τις πτυχές, είναι σημαντικό πρώτα να κατανοήσουμε τι ακριβώς περιλαμβάνει η λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή.
Τι είναι η Λασερ-Βασισμένη Προσθετική Κατασκευή;
Η Σχολή Διοίκησης MIT Sloan ορίζει την προσθετική κατασκευή ως τη “διαδικασία δημιουργίας ενός αντικειμένου με την κατασκευή του στρώμα προς στρώμα. Είναι το αντίθετο της αφαιρετικής κατασκευής, όπου ένα αντικείμενο δημιουργείται κόβοντας ένα στερεό μπλοκ υλικού μέχρι να ολοκληρωθεί το τελικό προϊόν.”
Με βάση τον ορισμό, η προσθετική κατασκευή μπορεί να σημαίνει οποιαδήποτε διαδικασία δημιουργίας προϊόντος με την κατασκευή του από το μηδέν. Ωστόσο, στην πράξη, αναφέρεται στην τρισδιάστατη εκτύπωση.
Αν εξετάσουμε την ιστορία της 3D εκτύπωσης, ξεκίνησε το 1977 όταν ο Wyn Kelly Swainson πατένταρε τη στοχευμένη χρήση λέιζερ σε μια λεκάνη βυθισμένη σε υγρό πλαστικό, συγκολλώντας ένα στρώμα στερεού πλαστικού στην κορυφή. Το 1999, ερευνητές του Wake Forest Institute for Regenerative Medicine εκτύπωσαν 3D μια κύστη. Αποδείχθηκε το πρώτο 3D εκτυπωμένο όργανο στην ανθρώπινη ιστορία. Το πρώτο λειτουργικό 3D έπιπλο εμφανίστηκε το 2005. Μία πιο μεγάλη βιομηχανική χρήση της 3D εκτύπωσης ήταν όταν η Boeing λανσάρισε τα εγκεκριμένα από την FAA 3D εκτυπωμένα τιτανικά εξαρτήματα για το 787 Dreamliner.
Από την αρχή της προσθετικής κατασκευής, τα λέιζερ αποτελούν κρίσιμο στοιχείο. Η Laser Systems Europe, μια έκδοση με έδρα το Καμπριτζ, για ενσωματωτές και χρήστες βιομηχανικών συστημάτων λέιζερ για επεξεργασία υλικών, ορίζει τη λασερ-προσθετική κατασκευή ως διαδικασία όπου “μια δέσμη λέιζερ χρησιμοποιείται για τη συγκόλληση ή τήξη διαδοχικών στρωμάτων σύρματος ή υλικού σε σκόνη, ώστε να δημιουργηθεί ένα 3D αντικείμενο.”
Η τεχνολογία εφαρμόζεται σε μια σειρά υλικών, από κράματα υψηλής αντοχής μέχρι θερμοπλαστικά και ρητίνες. Είναι ικανή να δημιουργεί πολύπλοκα σχήματα με σημαντικό επίπεδο ακρίβειας.
Καθώς η τεχνολογία προοδεύει, τα λέιζερ πρόκειται να διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στο σχήμα του μέλλοντός μας. Η εφαρμογή του μπορεί να βρεθεί ευρέως στους τομείς της επικοινωνίας, της άμυνας, της υγείας, της καθαρής ενέργειας/ πυρηνικής σύντηξης και άλλων. Το ίδιο ισχύει και για τη λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή, η οποία επίσης διαθέτει ποικίλες εφαρμογές και πολλά πλεονεκτήματα.
Τύποι και Πλεονεκτήματα της Λασερ-Βασισμένης Προσθετικής Κατασκευής
Η λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων, συμπεριλαμβανομένων της συγκόλλησης κρεβατιού σκόνης, της άμεσης απόθεσης ενέργειας, της εκτόξευσης υλικού, της λήψης φύλλων και της στερολιθογραφίας.
Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά πλεονεκτήματά της είναι η ικανότητά της να δημιουργεί πολύπλοκες δομές με βελτιστοποιημένες γεωμετρίες. Οι συμβατικές τεχνικές προσθετικής κατασκευής αποτυγχάνουν να επιτύχουν αυτό το επίπεδο ακρίβειας.
Η ακρίβεια που προσφέρει η λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή βοηθά στη μείωση της ανάγκης για μετα-επεξεργασία. Ελαχιστοποιεί τα απόβλητα υλικού και μειώνει δραστικά την κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διαδικασίες κατασκευής.
Οι διαδικασίες λασερ-βασισμένης προσθετικής κατασκευής είναι εύκολες στην αυτοματοποίηση και προσαρμογή ανάλογα με τις ακριβείς ανάγκες. Η ακρίβεια και η δυνατότητα αυτοματοποίησης της μεθόδου συνδυάζονται για να αποτελέσουν μια αποδοτική λύση γρήγορης πρωτοτυπίας σε σημαντικά χαμηλότερα κόστη.
Δεδομένου ότι η λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή δεν απαιτεί συναρμολόγηση, μπορεί να δημιουργηθεί ακριβώς σύμφωνα με τη ζήτηση, χρησιμοποιώντας μόνο τα απαραίτητα υλικά χωρίς πλεόνασμα ή σπατάλη. Επιπλέον, ωφελεί το περιβάλλον μας μειώνοντας το αποτύπωμα άνθρακα που παράγεται από τη λογιστική, τη μεταφορά και τις προσπάθειες διαχείρισης αποβλήτων.
Περιοχές Εφαρμογής της Λασερ-Βασισμένης Προσθετικής Κατασκευής
Η εφαρμογή της λασερ-προσθετικής κατασκευής έχει ευρεία εμβέλεια. Στον κλάδο της αεροδιαστημικής, για παράδειγμα, είναι καθοριστική για τη δημιουργία εξαρτημάτων που είναι ταυτόχρονα υψηλής απόδοσης και ελαφριά. Τα οφέλη αυτής της τεχνολογίας επεκτείνονται και στη βιομηχανία αυτοκινήτων, όπου χρησιμοποιείται για την παραγωγή βασικών εξαρτημάτων για κινητήρες, μεταβιβάσεις, συστήματα εξάτμισης και φρένα.
Επιπλέον, η λασερ-προσθετική κατασκευή διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην υγειονομική περίθαλψη, ιδιαίτερα στην κατασκευή πολύπλοκων σχεδίων προσαρμοσμένων στον ασθενή. Αυτό περιλαμβάνει μια σειρά από προθετικές λύσεις όπως εμφυτεύματα ισχίου και γόνατος και οδοντιατρικά εμφυτεύματα.
Στον τομέα της ηλεκτρονικής, η ακρίβεια της λασερ-προσθετικής κατασκευής αξιοποιείται για τη δημιουργία υψηλής ακρίβειας PCB. Αυτή η ακρίβεια επιτρέπει την παραγωγή ηλεκτρονικών προϊόντων με πιο λεπτές λεπτομέρειες, όπως κεραίες, αισθητήρες και τρανζίστορ.
Το δυναμικό της τεχνολογίας είναι επίσης εμφανές στην εφαρμογή της στην κατασκευή μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS). Εδώ, διευκολύνει τη δημιουργία πολύπλοκων εξαρτημάτων όπως επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια.
Στον ενεργειακό τομέα, η λασερ-προσθετική κατασκευή αποδεικνύεται ωφέλιμη για την επισκευή εξαρτημάτων αερίου και ανεμογεννητριών. Επίσης, διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην κατασκευή εξαρτημάτων όπως στροφαλοφόροι, βαλβίδες και εναλλάκτες θερμότητας. Ωστόσο, παρά το πολυδιάστατο δυναμικό χρήσης της λασερ-προσθετικής κατασκευής, δεν έχει ακόμη εμπορευματοποιηθεί επαρκώς.
Λασερ Προσθετική Κατασκευή: Έλλειψη Εμπορευματοποίησης
Μια μελέτη του 2016 ερεύνησε την εμπειρική ανάλυση των επιπέδων εμπορευματοποίησης της λασερ-προσθετικής κατασκευής. Η έρευνα εκτίμησε το μέγεθος της παγκόσμιας βιομηχανικής αγοράς λέιζερ, που περιλαμβάνει όλες τις πηγές λέιζερ, σε περίπου 3,3 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Και μέσα σε αυτήν την εκτεταμένη αγορά, οι προσθετικές πηγές λέιζερ αντιπροσώπευαν μόνο 100 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Κατά ποσοστό, οι πηγές λέιζερ αποτελούσαν μόλις το 3% της συνολικής αξίας της αγοράς.
Οι αριθμοί μπορούν επίσης να επιβεβαιωθούν από ποιοτικές πληροφορίες που ελήφθησαν από πηγές του κλάδου. Για παράδειγμα, στη βιομηχανία αεροδιαστημικής, το κανονιστικό περιβάλλον κράτησε τη χρήση της λασερ-προσθετικής κατασκευής κυρίως περιορισμένη στην πρωτοτυπία και δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε εμπορικά αεροσκάφη. Ομοίως, στη βιομηχανία αυτοκινήτων, η πιστοποιημένη χρήση εξαρτημάτων λασερ-προσθετικής κατασκευής ξεκίνησε πρόσφατα.
Η επερχόμενη ανάπτυξη της λασερ-προσθετικής κατασκευής θα εξαρτηθεί, επομένως, από την εύρεση χρήσης της σε μεγάλες βιομηχανίες κατασκευής. Επιπλέον, θα πρέπει να τροφοδοτηθεί από καινοτομίες, παρουσιάζοντας το δυναμικό της πιο έντονα από πριν.
Ακουστική Παρακολούθηση: Μια Αλλαγή Παιχνιδιού για τη Λασερ Προσθετική Κατασκευή
Ένας βασικός λόγος για τον οποίο η λασερ-βασισμένη προσθετική κατασκευή δεν έχει κερδίσει την επιτάχυνση που θα μπορούσε να έχει, συνδέεται με την πρόκληση των απρόσμενων ελαττωμάτων. Αυτά τα ελαττώματα συχνά δεν εντοπίζονται με παραδοσιακές μεθόδους, όπως η θερμική απεικόνιση και οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης.
Ως εκ τούτου, η δυνατότητα αποτελεσματικής ανίχνευσης ελαττωμάτων σε πραγματικό χρόνο είναι κρίσιμη. Αυτή η δυνατότητα μπορεί να βοηθήσει σημαντικά τη λασερ-προσθετική κατασκευή να πραγματοποιήσει το πραγματικό της εμπορικό δυναμικό.
Για μια σύντομη εξήγηση, η μέθοδος ακουστικής παρακολούθησης για την ανίχνευση ελαττωμάτων στη λασερ-προσθετική κατασκευή είναι μια λύση σε πραγματικό χρόνο που λειτουργεί με βάση τη διαφορά στον ήχο που παράγει ο εκτυπωτής κατά τη διάρκεια μιας τέλειας εκτύπωσης και μιας εκτύπωσης με ελαττώματα και ανωμαλίες.
Καθώς μιλάμε για τη σημασία της ακουστικής παρακολούθησης ως μέσου ανίχνευσης ελαττωμάτων στη λασερ-προσθετική κατασκευή, ο καθηγητής Roland Loge, επικεφαλής του Εργαστηρίου Θερμομηχανικής Μεταλλουργίας, Σχολής Μηχανικής του EPFL, είπε:
“Η έρευνά μας όχι μόνο επιβεβαιώνει τη σημασία της, αλλά επίσης υπογραμμίζει το πλεονέκτημά της έναντι των παραδοσιακών μεθόδων.”
Η διαδικασία είναι οικονομικά αποδοτική, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων που κατασκευάζονται μέσω Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Στη διαδικασία Laser Powder Bed Fusion, ένα στρώμα σκόνης απλώνεται πάνω σε μια πλατφόρμα κατασκευής. Στη συνέχεια, η δέσμη λέιζερ χρησιμοποιείται για την επιλεκτική τήξη της σκόνης σε συγκεκριμένες περιοχές. Μετά την ολοκλήρωση της συγκόλλησης, που οδηγεί σε ένα στερεό αντικείμενο, ένα νέο στρώμα σκόνης απλώνεται ξανά στην κορυφή για να επαναληφθεί η διαδικασία. Αυτή η επανάληψη στρώμα-με-στρώμα συνεχίζεται μέχρι την επίτευξη του τελικού προϊόντος.
Κάντε κλικ εδώ για τη λίστα των κορυφαίων μετοχών προσθετικής κατασκευής και 3D εκτύπωσης.
Η Τεχνολογία Ανίχνευσης Ελαττωμάτων μέσω Ακουστικής Παρακολούθησης
Η ομάδα του EPFL σχεδίασε το σύστημα σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Paul Scherrer (PSI) και τα Ελβετικά Ομοσπονδιακά Εργαστήρια Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών (Empa).
Για να επιτύχουν τον στόχο τους, η ομάδα τοποθέτησε υπερευαίσθητα μικρόφωνα μέσα στην εκτυπωτική θάλασσα. Αυτοί οι μικρόφωνα βοήθησαν στον εντοπισμό διακριτών αλλαγών στο ακουστικό σήμα κατά τις αλλαγές λειτουργίας και, τελικά, συνέβαλαν στην αναγνώριση ελαττωμάτων κατασκευής.
Η έρευνα έφερε αξία στον τομέα της λασερ-προσθετικής κατασκευής, καθώς οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα ευρήματά τους θα επηρεάσουν σημαντικά τις βιομηχανικές εφαρμογές της λασερ-προσθετικής κατασκευής, συμπεριλαμβανομένων των τομέων της αεροδιαστημικής και της ακριβούς κατασκευής.
Αναλογιζόμενοι τις ευρύτερες επιπτώσεις, πολλές εταιρείες που δραστηριοποιούνται στη λασερ-προσθετική κατασκευή προσφέρουν μια ποικιλία προϊόντων και λύσεων. Αυτές οι εταιρείες είναι πλέον έτοιμες να διερευνήσουν περαιτέρω τη μελέτη για να ενσωματώσουν τα οφέλη στις διαδικασίες τους. Στις επόμενες ενότητες, θα εξετάσουμε μερικούς από αυτούς τους καινοτόμους και κορυφαίους παίκτες της λασερ-προσθετικής κατασκευής.
Κορυφαίες Εταιρείες που Εμπορευματοποιούν τη Λασερ-Βασισμένη Προσθετική Κατασκευή
#1. IPG Photonics Corporation
Δύο από τις διαδικασίες λασερ-προσθετικής κατασκευής χρησιμοποιούν λέιζερ IPG: LMD ή Laser Metal Deposition και SLM ή Selective Laser Melting. Ενώ το SLM είναι καθοριστικό για την παραγωγή πλήρως πυκνών μεταλλικών εξαρτημάτων με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες, η διαδικασία LMD χρησιμοποιεί ακροφύσιο για να τροφοδοτεί συν-αξονικά τη σκόνη στο εστιασμένο σημείο του λέιζερ, διευκολύνοντας την παραγωγή πλήρως πυκνών λειτουργικών μεταλλικών εξαρτημάτων.
Στην ενίσχυση αυτών των διαδικασιών, τα ίνα λέιζερ IPG διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο. Είναι καθοριστικά στην ανάπτυξη συστημάτων και διαδικασιών που επιτυγχάνουν ταχύτερη συσσώρευση ή απόθεση σκόνης, ιδιαίτερα σε επίπεδα πολλαπλών κιλοβάτ.
Η γκάμα των υλικών που είναι συμβατά με τη διαδικασία λασερ-προσθετικής κατασκευής της IPG είναι αξιοσημείωτα ποικίλη, περιλαμβάνοντας, αλλά όχι περιοριστικά, τα εξής:
- Πολυμερή
- CoCr
- Αλουμίνιο
- Συμμαζές Ti
- Ανοξείδωτος χάλυβας
- Χαλύβες εργαλείων
IPGP Διάγραμμα τιμής
Δείχνοντας την επιτυχία αυτών των τεχνολογικών εξελίξεων, η IPG Photonics Corporation (IPGP ) ανέφερε ισχυρά οικονομικά αποτελέσματα για το έτος που έληξε στις 31 Δεκεμβρίου 2022. Η εταιρεία κατέγραψε έσοδα που ξεπέρασαν τα 1,4 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ, με καθαρό κέρδος ανά κοινή μετοχή (βασικό) της IPG Photonics Corporation ύψους 2,17 δολάρια ΗΠΑ.
#2. Laser Melting Innovations (LMI)
Ένας καινοτόμος πάροχος λύσεων λασερ-προσθετικής κατασκευής , LMI, εργάζεται με το όραμα να κάνει την τεχνολογία προσβάσιμη σε εταιρείες όλων των τύπων και μεγεθών.
Το κορυφαίο προϊόν του, The Alpha 140, χρησιμοποιεί ένα αερόψυκτο ίνα λέιζερ με ισχύ 200W, συμβατό με την επεξεργασία ανοξείδωτου χάλυβα, κραμάτων νικελίου, κραμάτων εργαλείων και αλουμινίου. Η εστίαση διαμέτρου 140 µm βοηθά στην παραγωγή ακριβών εξόδων με λεπτομερείς λεπτομέρειες και λεπτές τοιχοποιίες. Το σύστημα άξονα με κίνηση σπείρας βοηθά στην επίτευξη υψηλής θέσης και επαναληπτικής ακρίβειας.
Οι διαστάσεις του συστήματος 1,75 μ x 0,95 μ επιτρέπουν αποδοτική χρήση χώρου σε περιβάλλοντα καθώς και σε ερευνητικά εργαστήρια. Τα εξαρτήματα που παράγονται από το Alpha 140 είναι συγκρίσιμα με αυτά που παράγονται από τα συμβατικά μηχανήματα LPBF ως προς τη δύναμη και την πυκνότητα.
Η LMI ιδρύθηκε το 1996 και το 2020, συνήψε συνεργασία με την Kurtz Ersa, κατασκευαστή μηχανημάτων που επίσης προσφέρει λύσεις προσθετικής κατασκευής σε βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η ιατρική και η αεροδιαστημική, για την προώθηση του Alpha 140 μέσω του παγκόσμιου δικτύου διανομής της Kurtz Ersa με 24ωρη εξυπηρέτηση.
#3. Prima Additive
Η Prima Additive, μια θυγατρική της Prima Industries (PRIMAIN.BO ) spa, προσφέρει λύσεις Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ή Selective Laser Melting που αξιοποιούν τη θερμική ενέργεια του λέιζερ για τη συγκόλληση τμήματος ενός αντικειμένου με ένα στρώμα μεταλλικής σκόνης.
Οι λύσεις λέιζερ Prima Additive αποδεικνύονται αποτελεσματικές όταν εργάζονται για πολύπλοκες γεωμετρίες, συστήματα μικρής παραγωγής και πρωτότυπα. Διαθέτει συνολικά πέντε λύσεις.
Το Print Sharp 150 είναι αποτελεσματικό σε εφαρμογές Έρευνας & Ανάπτυξης για την επεξεργασία διαφόρων υλικών, όπως χάλυβας, αλουμίνιο, νικέλιο, τιτάνιο και κράματα κοβάλτιου-χρώματος.
Μεταβαίνοντας σε άλλο μοντέλο, το Print Genius 150 ξεχωρίζει για την ευελιξία της πολυ-λειζερ τεχνολογίας του. Αντίθετα, η παραλλαγή Print Green 150 χρησιμοποιεί πράσινο λέιζερ, το οποίο είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την επεξεργασία καθαρού χαλκού, κραμάτων χαλκού και εξαιρετικά αντανακλαστικών υλικών.
Και για μεγαλύτερες κλίμακες λειτουργίας, η λύση 300 Family ταιριάζει απόλυτα. Σχεδιάστηκε για σενάρια υψηλής παραγωγικότητας και είναι ιδανική για την κατασκευή μεσαίων και μεγάλων εξαρτημάτων.
Τέλος, το Print Genius 400 προσφέρει μια εξαιρετικά αυτοματοποιημένη επιλογή για την παραγωγή μεγάλων εξαρτημάτων έως 1 μέτρο ύψος.
Σε όρους εσόδων, η Prima Industries Spa, η μητρική εταιρεία της Prima Additives, κατέγραψε καθαρά έσοδα άνω των 327 εκατομμυρίων ευρώ για τα εννέα μήνες που έληξαν στις 30 Σεπτεμβρίου 2022. Αυτό ήταν μια σημαντική αύξηση σε σχέση με τα έσοδα άνω των 281 εκατομμυρίων ευρώ που καταγράφηκαν για τα εννέα μήνες που έληξαν στις 30 Σεπτεμβρίου 2021.
Το Μέλλον της Λασερ Προσθετικής Κατασκευής με Ακουστική Παρακολούθηση και Πλέον
Με τη συνέχιση των καινοτομιών, είναι μόνο θέμα χρόνου πριν η λασερ προσθετική κατασκευή φτάσει στο πραγματικό της εμπορικό δυναμικό. Στο μεταξύ, η ακουστική παρακολούθηση εμφανίζεται ως ένα κρίσιμο εργαλείο. Αυτή η τεχνολογία θα συμβάλει στη δημιουργία πιο συνεπών τεχνικών κατασκευής. Εντοπίζοντας τα ελαττώματα νωρίς και διευκολύνοντας τη διόρθωσή τους, είναι έτοιμη να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα των προϊόντων στο εγγύς μέλλον.
