Additiv produksjon
Nanoskala 3D‑utskrift ser ut til å være klar for kommersialisering
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
3D‑utskrift er veldig populært nå. Også kjent som additiv produksjon, i tredimensjonal eller 3D‑utskrift blir et objekt laget ved hjelp av en digital modell i stedet for en støpeform. I denne prosessen legges flere tynne lag med materiale sammen.
Oppfinnerne utviklet teknikken i 1984, men den begynte først nylig å ta av ettersom teknologiske fremskritt gjorde dette til en levedyktig produksjonsprosess.
Produsenter i mange bransjer bruker denne teknikken til rask prototyping før masseproduksjon av produkter. Ved å gjøre prototyping raskere, enklere og billigere, fremmer 3D‑utskrift mer innovasjon og eksperimentering.
I dag har 3D‑utskriftsbransjen vokst enormt med kontinuerlige fremskritt og forskning som gjør teknologien stadig bedre. Interesse for 3D‑utskrift har blitt så stor at forskere nå arbeider med produksjonsteknikker både på mikro‑ og nanoskalering.
Selv om 3D‑utskrift er for treg til masseproduksjon, kan nanoskalering av 3D‑utskrift løse dette problemet, og den ser ut til å være klar snart for praktisk bruk.
Klikk her for å lære alt om investering i 3D‑utskriftsaksjer.
Nanoskala 3D‑utskrift & dens potensial
Siden 3D‑utskriftsteknologien ble introdusert, har produksjonsproduktiviteten økt. Denne økningen skyldes i stor grad at 3D‑utskrift gir betydelig designfrihet ved å fjerne strukturelle eller romlige begrensninger i tradisjonelle produksjonsmetoder. I tillegg er den kjent for materialeffektivitet, med potensial for lavt eller ingen avfall i produksjonen. 3D‑utskrift spiller også en viktig rolle i å redusere kostnader og tiden til markedet for små produsenter.
Imidlertid er de fleste bruksområder for 3D‑utskrift begrenset til centimeterstørrelse. Utover dette begrenser mekaniske og materialmessige utfordringer bruken hovedsakelig til forskningsapplikasjoner. For å utvide 3D‑utskrift til masseproduksjon og gå utover kun prototyping, må teknologien løse visse utfordringer knyttet til størrelse, materiale og kostnad.
Av denne grunn bruker mange forskere flere materialer på flere størrelsesskalaer, en utvikling som bringer nanoskalering av 3D‑utskrift i fokus. Nanoteknologi innebærer målinger på mindre enn 100 nanometer, en skala så liten at den er usynlig for det blotte øye.
Innenfor nanoskalering av 3D‑utskrift er målet å 3D‑skrive objekter målt i nanometer. Denne teknologien er et lovende sprang i additiv produksjon, som gjør det mulig å sette sammen objekter atom for atom.
Potensialet for nanoskaleringsteknologi strekker seg til å forbedre effektivitet og produktivitet i ulike industrier, som batterier, nanorobotikk, mikroelektronikk, medisinsk utstyr, halvledere og sensorteknologi. Disse sektorene kan dra betydelig nytte av presisjonen i nanoskalering uten å gå på kompromiss med nøyaktigheten.
Likevel er prosessen med 3D‑utskrift, også på nanoskala, fortsatt treg. Den har også begrensninger i hvilke materialer som kan brukes, spesielt ved nanoskalering.
I 2022 utviklet forskere en ny nanoskalering av 3D‑utskrift ved bruk av et materiale som utmerker seg i motstand mot krefter, gir beskyttelse, og kan absorbere dobbelt så mye energi som andre materialer ved samme tetthet. Denne fremgangen åpner for mange anvendelser innen områder som droner, satellitter og mikroelektronikk.
En annen stor utfordring ved å ta i bruk 3D‑utskrift-teknologien er kostnaden. Materialene som brukes er dyre, og selve 3D‑utskriftsmaskinene, som er avhengige av evnen til å produsere produkter med spesifikke spesifikasjoner, er kostbare.
I tillegg øker utgiftene til programvare, teknologisk vedlikehold og systemintegrasjon den totale kostnaden for denne teknikken. På grunn av så høy kostnad er 3D‑utskrift fortsatt mer gjennomførbart for småskala og svært spesialisert produksjon.
Forskning på dette feltet har pågått en stund for å adressere ulike problemer. For eksempel, for noen år siden demonstrerte et team av forskere demonstrerte en 3D‑utskriftsmetode som raskt produserer komplekse nanoskalering 3D‑objekter med jevne egenskaper.
Imidlertid er faktum at til tross for potensialet for å forbedre mange enheter, er nanoskalering av 3D‑utskrift ekstremt kostnadsprohibitiv. Dette kan endelig endre seg nå ettersom ny forskning har funnet en tilnærming som drastisk reduserer kostnader og inngangsbarrierer, og gjør prosessen levedyktig for kommersialisering.
Raskere & billigere måte å skrive ut små metallstrukturer med lys
Den siste forskningen har utviklet en ny metode for å skrive ut nano‑sized metallstrukturer basert på lavintensitetslys. Denne nye lysbaserte tilnærmingen er ekstremt rask, opptil 480 ganger raskere enn metodene som brukes i dag, samtidig som den er rimelig.
Denne nye studien, kalt «Skalerbar utskrift av metallnanostrukturer gjennom superluminescent lysprojeksjon (SLP)», ble nylig utført av medforfatterne Sourabh K. Saha, assisterende professor ved Georgia Tech sitt maskinteknikkprogram, og Jungho Choi, som er Ph.D.-student i Sahas laboratorium.
Ifølge Saha er kostnad og hastighet to faktorer som er «svært undervurdert i det vitenskapelige fellesskapet» når man arbeider med fabrikasjon og produksjon av små strukturer. Selv om de blir oversett i den vitenskapelige verden, er disse målene virkelig viktige i den virkelige verden «når det gjelder å overføre oppdagelser fra laboratoriet til industrien».
«Kun når vi har produksjonsteknikker som tar disse målene i betraktning, vil vi kunne utnytte nanoteknologi fullt ut til samfunnsnytte.»
– sa Saha
Choi og Saha er også oppfinnere på en SLP-patentapplikasjon der immaterielle rettigheter er tildelt Georgia Tech Research Corporation.
Publisert i Advanced Materials, et ukentlig fagfellevurdert vitenskapelig tidsskrift, avslørte den nye studien at forskerne har utviklet en lysbasert metode for å skrive ut metallstrukturer på nanoskalering, som er raskere, billigere og skalerbar.
Dermed har denne teknologien potensial til å transformere feltet additiv produksjon, som er ekstremt kostbart og tregt. Dette gjennombruddet er 35 ganger billigere enn teknologier som for øyeblikket er tilgjengelige på markedet.
Det finnes faktisk mange teknologiske fremskritt i flere felt som er avhengige av evnen til å skrive ut nano‑sized metallstrukturer, en teknikk kjent som nanopatterning. Disse feltene inkluderer sensorer, elektroniske enheter, fotonikk, solenergiomforming, biomedisin og diagnostikk, samt andre systemer.
Når det gjelder nanoskalering av utskrift, antas det at prosedyren krever en høyintensitetslyskilde. Et slikt verktøy er en femtosekundlaser, som leverer ultrakorte laserpulser til et fokuspunkt.
Selv om den er svært nyttig, kan dette verktøyet være veldig dyrt. Med en kostnad på opptil en halv million dollar er dette verktøyet egentlig ikke gjennomførbart for de fleste forskningslabber og naturligvis små bedrifter.
Som Saha påpeker, er det denne kostnaden som gjør det vanskelig for disse gjennombruddene å nå den virkelige verden, og de ender opp som kun laboratorieprosjekter. Han sa:
«Som et vitenskapelig fellesskap har vi ikke evnen til å lage nok av disse nanomaterialene raskt og rimelig, og det er derfor lovende teknologier ofte forblir begrenset til laboratoriet og ikke blir overført til virkelige anvendelser.»
Så, det neste åpenbare spørsmålet er, er det virkelig behov for et så høyintensivt verktøy? Svaret var negativt, som Saha sa:
«Vår hypotese var at vi ikke trenger den lyskilden for å oppnå den typen utskrift vi ønsker.»
Som et resultat begynte forskerne å lete etter en lavkostlys som har lav intensitet, men som kan fokuseres på samme måte som femtosekundlasere. De kom over superluminescente lysdioder (SLED), som ble valgt på grunn av deres kommersielle tilgjengelighet.
En SLED er en superluminescens-basert kant‑utstrålende halvlederlyskilde som kombinerer lysstyrken og høy effekt fra laserdioder med den lave koherensen fra konvensjonelle lysdioder. Lyset som emitteres av SLED‑er er betydelig mindre intenst enn det fra femtosekundlasere.
Lysbasert projeksjonsstil nanoskalering med lav intensitet
Med denne forskningen hadde Choi og Saha som mål å utvikle den første projeksjonsstil‑utskriftsteknologien. Systemet er designet for å fungere som en digital projektor ved å konvertere bilder fra digitalt til optisk og deretter vise dem på en glassoverflate.
Imidlertid er bildene som produseres av denne utskriftsteknologien skarpere fokusert. Denne skarpheten skyldes utnyttelsen av de unike egenskapene til superluminescent lys for å generere bilder med minimale feil.
Denne SLP‑ eller superluminescent lysprojeksjonsteknikken skriver raskt ut sub‑diffrasjons (dimensjon kortere enn lysets diffraksjonsgrense) nanostrukturer med mindre intens lys. Forskerne utnyttet diode‑basert superluminescent lys sine romlige og tidsmessige koherensegenskaper.
I deres forskning brukte de metallsalt sammen med andre kjemikalier for å utvikle en klar blekkoppløsning som kan absorbere lys. Når lys fra deres projeksjonssystem traff løsningen, forårsaket det en kjemisk reaksjon som omdannet løsningen til metall. Disse metallnanopartiklene festet seg til glassoverflaten, og skapte nanostrukturene.
Å være en projeksjonsstil‑utskriftsteknologi betyr at den kan brukes til å skrive ut hele strukturer på én gang. Det faktum at den i stedet for å gå punkt for punkt gjør alt i ett strekk, gjør den raskere enn andre konvensjonelle metoder.
Testing av den lysbaserte projeksjonsstil‑nano‑sized metallutskriften viste at den fungerer selv med lavintensitetslys, så lenge bildene er skarpt fokusert.
Ifølge Choi og Saha kan arbeidet deres raskt replikeres av andre forskere ved bruk av kommersielt tilgjengelig maskinvare. Dette vil heller ikke koste mye, da typen SLED som ble brukt i deres forskning koster omtrent $3 000.
Slik gjør forskningen det mulig for små bedrifter, forskningssentre og til og med enkeltpersoner å dra nytte av teknologien og eksperimentere med den for å innovere. Ifølge Choi:
«For øyeblikket har kun de beste universitetene tilgang til disse dyre teknologiene, og selv da er de plassert i delte fasiliteter og er ikke alltid tilgjengelige.»
I tillegg sa Choi:
«Vi ønsker å demokratisere muligheten for nanoskalering av 3D‑utskrift, og vi håper vår forskning åpner døren for større tilgang til denne typen prosess til lav kostnad.»
Dette gjennombruddet har et reelt potensial til å hjelpe nye teknologier med endelig å komme ut av forskningslaboratorier og inn i verden for bruk.
Forskningen har absolutt et bredt anvendelsespotensial, og forskerne sier at teknikken deres vil være spesielt nyttig innen optikk og plasmonikk, som krever en rekke komplekse metallnanostrukturer.
Andre potensielle områder hvor den kan brukes i fremtiden inkluderer mindre og mer effektive elektroniske komponenter for smarttelefoner, datamaskiner og wearables. Videre kan den bidra til avanserte sensorer, aktuatorer, miniaturiserte kommunikasjonssystemer, biomedisinske enheter som implantater og diagnostiske enheter, småskala optikk for kameraer og bildesystemer, små enheter for energihøsting, og utvikling av nye materialer med tilpassede egenskaper.
Nanoskala 3D‑utskrift vil ytterligere bidra i forskning og utvikle enda mer gjennomførbare løsninger.
Selskaper som leder additiv produksjon
La oss nå se på noen få selskaper som leder veien innen additiv produksjon:
#1. Stratasys
Den amerikanske leverandøren av 3D‑utskriftsløsninger er en internasjonal leder innen additiv produksjon. Stratasys leverer et bredt spekter av 3D‑skrivere og materialer til bilindustri, helsevesen, utdanning, luftfart og ulike andre bransjer. Selskapet har også mange patenter innen additiv teknologi som brukes til å lage modeller, prototyper, produksjonsverktøy og produksjonsdeler.
Selskapets nyeste 3D‑skriver, F3300, kommer med betydelige forbedringer i hastighet og kostnad. Den tilbyr økte gantry‑hastigheter, raskere ekstruderingsrater og automatisert kalibrering for å spare tid og øke gjennomstrømning. Maskinen er ment for produksjon av sluttbrukerdeler og kan også brukes til prototyping.
SSYS Prisdiagram
Med en markedsverdi på $902,6 millioner handles Stratasys‑aksjene for øyeblikket til $13,05, ned 8,61 % år‑til‑dato (YTD). Selskapet rapporterte en omsetning for de siste tolv månedene (TTM) på $630,52 millioner, med et EPS (TTM) på -1,61 og en P/E (TTM) på -8,10.
#2. 3D Systems
Et velkjent navn i additiv produksjonsindustri, 3D Systems (DDD ) tilbyr et bredt spekter av 3D‑utskriftsløsninger, fra maskinvare og programvare til materialer, til bransjer som helsevesen, luftfart, forsvar, bilindustri, forbrukerprodukter og generell produksjon.
3D Systems’ teknologier inkluderer Direct Metal Printing, Selective Laser Sintering, MultiJet Printing, ColorJet Printing, Stereolithography (SLA) og SLA‑basert bioprinting.
Sent på slutten av året kunngjorde selskapet et pasientspesifikt 3D‑printet kranialimplant som ble brukt med suksess i en kranioplastikk ved University Hospital Basel. Bruken av 3D‑printede kranialimplant forventes å ha en markedsstørrelse på $2,1 milliarder mot slutten av dette tiåret.
DDD Prisdiagram
Med en markedsverdi på $677,845 millioner handles 3D Systems Corp‑aksjen for øyeblikket til $5,08, ned 20 % YTD. Selskapet rapporterte en omsetning (TTM) på $505,95 millioner, med et EPS (TTM) på -0,74 og en P/E (TTM) på -6,85.
#3. GE Additive
En avdeling av teknologigiganten General Electric (GE.TO ), GE Additive har en omfattende portefølje av skrivere, forbruksmaterialer og programvareløsninger som gjør det mulig for selskaper i ulike markedssegmenter å innovere.
I forrige måned viste selskapet frem sin metall‑binder‑jet‑teknologi på Europas største additiv produksjonsmesse (AM). For dette samarbeider GE Additive med en ny bransje, medisinsk, for å utvide horisonten utover kun luftfart. Med binder‑jet‑teknologi ønsker selskapet å tilby «en sekundær produksjonsmetode i tilfelle du har et forsyningskjedeproblem».
GE Prisdiagram
Med en markedsverdi på $141,4 milliarder handles General Electric Co‑aksjene for øyeblikket til $129,93, opp 1,8 % YTD. Selskapet rapporterte en omsetning (TTM) på $67,95 milliarder, med et EPS (TTM) på 8 og en P/E (TTM) på 16,24. GE betaler også en utbytteavkastning på 0,25 %.
Avsluttende tanker
Selv om den fortsatt er i de tidlige forskningsstadiene, utvikler nanoskalering 2D‑utskrift og landskapet for additiv produksjon seg i raskt tempo. Allerede, som vi har sett, blir raskere og billigere utskriftsteknikker utviklet som gjør nanoskalering av metallutskrift skalerbar og kommersielt levedyktig.
Etter hvert som ny forskning fortsetter å arbeide med problemer som kostnad og materialbegrensninger, vil vi se nye løsninger dukke opp, fjerne inngangsbarrierer og produsere personlige og bærekraftige produktdesign. Dette vil føre til omfattende bruk av teknikker innen medisin, mote, forbrukerprodukter, avansert elektronikk og mye mer, og endelig øke muligheten for at nano‑aktiverte enheter blir brukt i den virkelige verden i betydelig grad, samt gjøre 3D‑utskrift kommersielt attraktivt.
Klikk her for listen over de ti beste additiv produksjons- og 3D‑utskriftsaksjene å investere i.
