Additiv produksjon
Laserpulverbed-fusjon ble nettopp mer attraktiv med dette siste gjennombruddet
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
Hvilken teknologi vil dominere 3D-utskrift?
Ettersom 3D-utskrift, også kalt additiv produksjon, stadig blir en nøkkelkomponent i avansert produksjon, er det viktig å optimalisere prosessen ytterligere. Dette skyldes at 3D-utskrevne deler og komponenter vanligvis brukes i svært krevende anvendelser, som bilmotorer, raketter, militært utstyr osv. Så i disse situasjonene kan enhver feil i en komponent utløse en katastrofal dominoeffekt.
Dette er noe som vil være avgjørende for å la industrien gå fra den nåværende konsolideringen til å bli den dominerende produksjonsprosessen over eldre metoder som smelting av metall i støper og maskinering.
En spesiell 3D-utskriftsteknikk brukes til presisjonsproduksjon: laserpulverbed-fusjon.
Forskere ved University of Wisconsin-Madison og Argonne National Laboratory har nylig analysert prosessen med avansert røntgenavbildning og tror de kan redusere defektene som oppstår under produksjonen dramatisk. De publiserte sine funn i International Journal of Machine Tools and Manufacture, under tittelen “Avdekking av mekanismer for reduksjon av prosesseringsdefekter i laserpulverbed-fusjon via formede stråler ved bruk av høyhastighets røntgenavbildning1”.
Laserpulverbed-fusjon
Slik fungerer pulverbed-3D-utskrift: et lag med pulver som inneholder materialet som brukes til additiv produksjon, deponeres i en beholder. En laser smelter/fletter deretter pulveret i området som vil danne det 3D-utskrevne objektet.
Et nytt lag med pulver deponeres deretter på toppen, og delene som må smeltes og legges til objektet blir igjen målrettet av laserstrålen. Gjort over tilstrekkelig tid kan svært komplekse former produseres, samt relativt store gjenstander.
Kilde: ResearchGate
Du kan se laserpulverbed-fusjon i aksjon i denne videoen, samt noen eksempler på hva som kan lages med denne teknikken.
Laserpulverbed-fusjon kan brukes til å produsere gjenstander i plast, men viktigere, også i metaller, inkludert titan, stål, kobalt-krom, aluminium osv.
Fordelen med denne metoden er at den skaper svært presis geometri, med toleranser på +/- 0.2 mm, lik metallinjeksjonsstøping. Den kaster også svært lite materiale, siden ubrukt pulver kan samles inn og gjenbrukes.
Større deler kan skrives ut raskt nok ved å bruke flere lasere samtidig, vanligvis i mer avanserte 3D-printerdesign.
Det bør bemerkes at laserpulverbed-fusjon er et paraplybegrep som dekker flere ulike underteknikker:
- Selektiv laser-smelting (SLM) og Direct Metal Laser Sintering (DMLS), begge varemerkebeskyttede prosesser som bruker et lasersystem til å fullstendig smelte metallpulver.
- Elektronstrålesmelting (EBM), lik SLM men ved bruk av en elektronstråle i en inert atmosfære eller vakuumkammer.
- Selektiv laser-sintering (SLS), som bruker pulverisert polymermateriale der laser kun sinterer partiklene sammen og ikke fullstendig smelter materialet.
Forebygging av 3D-utskriftsfeil
I teorien er additiv produksjon av metalldeler tilsvarende tradisjonelle støpte deler. I praksis kan det oppstå problemer, som porer eller «hull», ru overflater og store sprut.
Slike strukturelle problemer kan føre til at delene brekker, noe som ikke er akseptabelt i kritiske anvendelser.
“Fordi vi forsto de underliggende mekanismene, kunne vi raskere identifisere de riktige prosesseringsforholdene for å produsere høykvalitetsdeler ved bruk av den ringformede strålen.”
Lianyi Chen – førsteamanuensis i maskinteknikk ved UW-Madison
Ringformet laserstråle
Den første endringen forskerne gjorde i 3D-utskriftsdesignen var å erstatte den vanlige laserstrålen med en ringformet laserstråle, levert av et laserselskap kalt nLight, som lager halvlederlasere.
Denne andre formen skaper en bedre sirkulasjon av det smeltede metallet i smeltebassen generelt og mindre bølger på overflaten av det nyopprettede objektet. Sprutene er også mindre store og sprer seg kortere.
Samsvar mellom modell og observasjoner
Forskerne bekreftet disse observasjonene ved å bruke Argonne National Laboratories høyenergi-synkrotron røntgenfasilitet. De brukte den til å lage høyhastighets‑øyeblikksbilder av 3D‑utskriftsprosessen, slik at forskerne kunne sjekke om deres matematiske modell simulerte virkeligheten korrekt.
Raskere 3D-utskrift
Forskerne klarte også å få den ringformede strålen til å bore dypere inn i pulveret uten å skape mer ustabilitet. Dette resulterte i tykkere lag uten å svekke det ferdige produktet.
Ettersom produksjonen til slutt krever færre lag, øker dette hastigheten på produksjonen og øker den samlede produktiviteten til maskinen.
Eksempel på pulverbed-fusjon
Denne typen arbeid er langt fra kun en akademisk demonstrasjon. Det kan forbedre pulverbed-fusjonsmaskineriet som allerede brukes i industrien. Et godt eksempel er innen luftfart, med drivstoffdyse på General Electrics GE9X-motor, som brukes på Boeing 777-fly.
GE9X er den største turbofan-motoren som produseres, og den additivt produserte dysen er fem ganger mer holdbar enn tidligere versjoner.
Det bør bemerkes at slike utviklinger fortsatt er svært nye, med GE9X‑designet godkjent av FAA først i 2020.
Selv en høyere kvalitet på pulverbed-fusjonsprosessen, samt en raskere, kunne forbedre designet ytterligere samtidig som kostnadene reduseres.
Fremtiden for 3D-utskrift?
Mot dominans innen avansert produksjon
Vi har tidligere diskutert hvordan 3D-utskrift konsoliderer seg inn i fremtiden for produksjon.
Dette gjelder i avansert produksjon som biomedisinske implantater eller luftfart. Etter hvert som kvaliteten på additivt produserte deler forbedres, vil dette sannsynligvis bli den dominerende produksjonsmetoden i så krevende industrier.
Dette vil sannsynligvis også gjelde for robotikk, produksjon i bane rundt jorden, eller til og med holografisk 3D-utskrift direkte inne i kroppen vår.
Mot flere anvendelser
En annen endring vil skje når 3D-utskrift blir billigere.
Dette vil delvis skyldes økt utnyttelse, ettersom flere 3D-printere som produseres vil skape stordriftsfordeler og redusere kostnadene for maskinen og deres råmateriale.
En annen faktor vil være forbedringer av teknologien. Den kan optimalisere utnyttelsen av råmateriale (redusere driftskostnader) eller produsere deler raskere (redusere kapitalutgifter).
Dette kan inkludere tykkere lag med ringformede lasere som i denne studien. Eller kanskje bruk av 2 lasere samtidig. Og til og med 3D‑printet elektronikk som kan legges til de 3D‑printede materialene og delene.
Investering i 3D-utskrift
3D-utskrift når nå teknologisk modenhet, samt markedskonsolidering. Dette gir investorer litt mer synlighet enn tidligere og bekrefter at denne teknologien er langt fra en trend, men er her for å bli.
Du kan investere i 3D‑printrelaterte selskaper gjennom mange meglere, og du kan finne på dette nettstedet våre anbefalinger for de beste meglerne i USA, Canada, Australia, Storbritannia, og mange andre land.
(GE.TO )Hvis du ikke er interessert i å velge spesifikke 3D‑print‑selskaper, kan du også se på ETF‑er som ARK Invest 3D Printing ETF (PRNT) for å dra nytte av veksten i den additive produksjonssektoren som helhet.
Eller konsulter våre artikler «Topp 10 additiv produksjon og 3D‑print‑aksjer å følge», og «Topp 10 nanoteknologi‑aksjer».
Ringformet laserfirma
LASR Prisdiagram
Så langt har vinnerne innen 3D‑print‑teknologi hovedsakelig vært 3D‑printerprodusenter og sluttbrukere. Produsentene av individuelle deler til 3D‑printere er vanskeligere å investere i, da de fleste er avhengige av relativt standardiserte komponenter som standardiserte lasere.
Dette er ikke tilfelle med innovasjonen som diskuteres her, med ringformede lasere som en ny utvikling som kanskje nettopp har funnet en gjennombruksapplikasjon.
Forskerne brukte en laser produsert av nLight, mer presist den kontinuerlige bølge (CW) AFX1000 fiberlaseren.
Den allsidige paletten av stråleinnstillinger gjør det mulig å bearbeide alle metaller uten kompromisser. Ved skjæring gir disse fiberlaserene CO2‑lignende kantkvalitet for tykt metall og hastighetsfordeler for tynnere metall – alt med påliteligheten og lave eierkostnader som fiberlasere har.
Denne laseren kan endre formen på ringen for å utføre mer eller mindre fin 3D‑utskrift og komplekse geometriske former.
Kilde: Trokut Solutions
Selskapet hadde sett inntektene vokse jevnt fra 2016 til 2021, for så å oppleve et fall hovedsakelig drevet av synkende salg i Kina. Dette var sannsynligvis knyttet til de økende handelsspenningsene mellom Kina og Vesten, samt konkurranse fra kinesiske innenlandske laserprodusenter.
Med nåværende 95 % av kundene utenfor Kina, er det usannsynlig at dette vil fortsette å påvirke selskapet fremover.
Kilde: nLight
De blandede resultatene er en refleksjon av dette skiftet, med industrielle salg som falt kraftig i 2024, mens mikrofabrikasjon- og luftfartssegmentene opplevde en boom.
Kilde: Trokut Solutions
Det nylige salgsfallet har ført til at kontantstrøm fra driften falt tilbake til negativt nivå i 2024. Men dersom veksttrenden innen luftfart og mikrofabrikasjon/3D‑utskrift vedvarer, støttet av den generelle veksten i disse sektorene og nLights unike teknologiske fordel, bør nLight komme tilbake til lønnsomhet.
Studierreferanse:
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). Avdekking av mekanismer for reduksjon av prosesseringsdefekter i laserpulverbed-fusjon via formede stråler ved bruk av høyhastighets røntgenavbildning. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 204, 104232. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2024.104232
