Additive Manufacturing
Acoustic Monitoring – Ito ba ang Susi sa Pagkomersyalisa ng Laser-Based Additive Manufacturing?
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Ang merkado ng additive manufacturing ay patuloy na lumalago. Ayon sa mga pagtatantiya ng pananaliksik sa industriya, ang pandaigdigang merkado ng metal at polymer additive manufacturing, na may halaga na 7.17 bilyong Euro noong 2020, ay inaasahang lalawak sa 19.23 bilyong Euro pagsapit ng 2026. Ipinapahiwatig ng paglago na ito ang halos tatlong beses na pagtaas sa loob ng anim na taon.
Iba’t ibang industriya ang gumagamit ng additive manufacturing upang makamit ang kanilang mga layunin sa produksyon. Kapansin-pansin, ayon sa mga ulat, ang mga sektor ng aerospace, turbina, at helicopter ang nangunguna, na kumukuha ng pinakamalaking bahagi. Sinusundan ito ng makabuluhang pag-aampon sa loob ng industriya ng medikal.
Sa patuloy na paglaki ng merkado at patuloy na paglawak ng saklaw ng mga aplikasyon, ang additive manufacturing ay lubos na nag-diversify, kapwa sa anyo at gamit. Isang kapansin-pansing pag-unlad sa larangang ito ay ang laser-based additive manufacturing. Sa mga susunod na seksyon, tatalakayin natin ang potensyal nitong komersyal at ang mahalagang papel na maaaring gampanan ng acoustic monitoring sa matagumpay na aplikasyon nito.
Gayunpaman, bago pa man tuklasin ang mga aspetong ito nang mas malalim, mahalagang maunawaan muna kung ano talaga ang laser-based additive manufacturing.
Ano ang Laser-Based Additive Manufacturing?
Ang MIT Sloan School of Management ay naglalarawan ng additive manufacturing bilang “proseso ng paglikha ng isang bagay sa pamamagitan ng pagbuo nito isang patong bawat isa. Ito ay kabaligtaran ng subtractive manufacturing, kung saan ang isang bagay ay nililikha sa pamamagitan ng pagputol ng isang solidong bloke ng materyal hanggang sa makumpleto ang panghuling produkto.”
Ayon sa kahulugan, maaaring tumukoy ang additive manufacturing sa anumang proseso ng paglikha ng produkto sa pamamagitan ng pagbuo nito. Ngunit sa praktika, ito ay tumutukoy sa tatlong-dimensional na pag-imprenta.
Kung susuriin natin ang kasaysayan ng 3-D printing, nagsimula ito noong 1977 nang si Wyn Kelly Swainson ay nagpatente ng paggamit ng laser sa isang tray na nakalublob sa likidong plastik, na nag-fuse ng isang patong ng solidong plastik sa itaas. Noong 1999, ang mga mananaliksik ng Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ay nag-3D print ng isang pantog. Ito ang naging unang 3-D printed na organ sa kasaysayan ng tao. Ang unang functional na 3-D printed na muwebles ay lumitaw noong 2005. Isang mas malakihang industriyal na paggamit ng 3-D printing ay nang inilunsad ng Boeing ang mga FAA-approved na 3-D printed na titanium parts para sa 787 Dreamliner.
Mula pa sa simula ng additive manufacturing, ang mga laser ay naging mahalagang sangkap. Ang Laser Systems Europe, isang publikasyon mula sa Cambridgeshire para sa mga integrator at gumagamit ng industriyal na laser system para sa pagproseso ng materyales, ay naglalarawan ng laser additive manufacturing bilang isang proseso kung saan “ang isang laser beam ay ginagamit upang i-fuse o tunawin ang sunud-sunod na mga patong ng wire o powder material upang lumikha ng isang 3D na bagay.”
Ang teknolohiyang ito ay naaangkop sa iba’t ibang materyales, mula sa mga high-strength metal alloy hanggang sa thermoplastics at resin. Ito ay kayang lumikha ng kumplikadong hugis na may mataas na antas ng katumpakan.
Habang umuunlad ang teknolohiya, ang mga laser ay nakatakdang gumanap ng isang mahalagang papel sa paghubog ng ating hinaharap. Ang aplikasyon nito ay makikita sa mga larangan ng komunikasyon, depensa, kalusugan, malinis na enerhiya/ nuclear fusion, at iba pa. Ganito rin ang kaso sa laser-based additive manufacturing, na may iba’t ibang aplikasyon at maraming bentahe.
Mga Uri at Mga Bentahe ng Laser-Based Additive Manufacturing
Ang laser-based additive manufacturing ay maaaring magkaroon ng iba’t ibang uri, kabilang ang powder bed fusion, direct energy deposition, material jetting, sheet lamination, at stereolithography.
Isa sa mga pinaka-tukoy nitong bentahe ay ang kakayahan nitong lumikha ng kumplikadong estruktura na may optimized na geometry. Ang mga tradisyunal na teknik ng additive manufacturing ay nabibigo na maabot ang antas ng katumpakang ito.
Ang katumpakan na inaalok ng laser-based additive manufacturing ay tumutulong upang mabawasan ang pangangailangan para sa post-processing. Binabawasan nito ang pag-aaksaya ng materyal sa pinakamababa nitong antas at lubos na binabawasan ang konsumo ng enerhiya kumpara sa mga tradisyunal na proseso ng paggawa.
Ang mga proseso ng laser-based additive manufacturing ay madaling i-automate at i-customize ayon sa eksaktong pangangailangan. Ang katumpakan at kakayahang i-automate ng pamamaraan ay nagsasama upang maging isang epektibong solusyon para sa mabilis na prototyping sa mas mababang gastos.
Dahil ang laser-based additive manufacturing ay hindi nangangailangan ng assembly, maaari itong likhain eksaktong ayon sa demand, kung saan ang proseso ay gumagamit lamang ng kinakailangang materyales nang walang sobra o pag-aaksaya. Nakakatulong din ito sa ating kapaligiran sa pamamagitan ng pagbawas ng carbon footprint na nagmumula sa logistika, transportasyon, at mga pagsisikap sa pamamahala ng basura.
Mga Lugar ng Pag-aaplay ng Laser-Based Additive Manufacturing
Ang aplikasyon ng laser additive manufacturing ay may malawak na saklaw. Sa industriya ng aerospace, halimbawa, ito ay mahalaga sa paglikha ng mga bahagi na parehong mataas ang pagganap at magaan. Ang mga benepisyo ng teknolohiyang ito ay umaabot din sa industriya ng automotive, kung saan ito ay ginagamit para sa paggawa ng mahahalagang bahagi para sa mga makina, transmisyon, exhaust system, at preno.
Dagdag pa rito, may mahalagang papel ang laser additive manufacturing sa pangangalagang pangkalusugan, partikular sa paglikha ng mga pasyente-specific na kumplikadong disenyo. Kabilang dito ang iba’t ibang solusyon sa prosthetics tulad ng hip at knee implants at dental implants.
Sa larangan ng electronics, ang katumpakan ng laser additive manufacturing ay ginagamit upang lumikha ng high-precision na PCBs. Ang katumpakan na ito ay nagbibigay-daan sa paggawa ng mga elektronikong produkto na may mas pinong tampok, kabilang ang mga antenna, sensor, at transistor.
Ang potensyal ng teknolohiyang ito ay makikita rin sa aplikasyon nito sa paggawa ng microelectromechanical systems (MEMS). Dito, pinapadali nito ang paglikha ng masalimuot na mga komponent tulad ng accelerometers at gyroscopes.
Sa sektor ng enerhiya, ang laser additive manufacturing ay kapaki-pakinabang para sa pag-aayos ng mga bahagi ng gas at wind turbine. Ito rin ay may mahalagang papel sa paggawa ng mga komponent tulad ng mga impeller, balbula, at heat exchangers. Ngunit sa kabila ng maraming potensyal na gamit ng laser additive manufacturing, hindi pa ito sapat na nakokomersyal.
Laser Additive Manufacturing: Kakulangan sa Komersyalisasyon
Isang pag-aaral noong 2016 ang sumisid sa empirikal na pagsusuri ng antas ng komersyalisasyon ng laser additive manufacturing. Ang pagsisiyasat na ito ay tinantiya ang laki ng pandaigdigang industriyal na laser market, na sumasaklaw sa lahat ng pinagmumulan ng laser, na nasa humigit-kumulang US$3.3 bilyon. At sa loob ng napakalawak na pamilihang ito, ang additive laser sources ay kumakatawan lamang sa bahagi ng US$100 milyon. Sa porsyento, ang mga laser source ay bumubuo lamang ng 3% ng kabuuang halaga ng merkado.
Ang mga numero ay maaari ring patunayan ng kwalitatibong impormasyon mula sa mga pinagmumulan sa industriya. Halimbawa, sa industriya ng aerospace, ang regulasyong kapaligiran ay naglilimita sa paggamit ng laser additive manufacturing sa pangunahing prototyping at hindi pa maaaring ilapat sa komersyal na eroplano. Gayundin, sa industriya ng automotive, ang sertipikadong paggamit ng mga bahagi ng laser additive manufacturing ay nagsimula lamang kamakailan.
Ang nalalapit na paglago ng laser additive manufacturing ay, samakatuwid, nakadepende sa paghanap ng gamit nito sa malalaking industriya ng paggawa. Dagdag pa rito, kailangan itong pasiglahin ng mga inobasyon, na magpapakita ng potensyal nito nang mas malinaw kaysa dati.
Acoustic Monitoring: Isang Game Changer para sa Laser Additive Manufacturing
Isang pangunahing dahilan kung bakit ang laser-based additive manufacturing ay hindi pa nakakuha ng inaasahang momentum ay dahil sa hamon ng hindi inaasahang mga depekto. Ang mga depektong ito ay kadalasang hindi natutuklasan ng tradisyunal na mga pamamaraan, tulad ng thermal imaging at mga algorithm ng machine learning.
Kaya naman, ang kakayahang epektibong matuklasan ang mga depekto sa real-time ay napakahalaga. Ang kakayahang ito ay maaaring malaki ang maitutulong sa laser additive manufacturing upang maabot ang tunay nitong potensyal na komersyal.
Upang ipaliwanag nang maikli, ang paraan ng acoustic monitoring sa pagtuklas ng mga depekto sa laser additive manufacturing ay isang real-time na solusyon na nakabatay sa pagkakaiba ng tunog na ginagawa ng printer sa panahon ng perpektong pag-imprenta at pag-imprenta na may mga depekto at irregularidad.
“Ang aming pananaliksik ay hindi lamang nagpapatunay ng kahalagahan nito kundi binibigyang-diin din ang kalamangan nito kumpara sa tradisyunal na mga pamamaraan.”
Ang proseso ay cost-effective, lalo na pagdating sa pagpapabuti ng kalidad ng mga produktong ginawa sa pamamagitan ng Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Sa proseso ng Laser Powder Bed Fusion, isang patong ng powder ang ikinakalat sa ibabaw ng build platform. Pagkatapos, ang laser beam ay ginagamit upang selektibong tunawin ang powder sa mga tiyak na lugar. Pagkatapos makumpleto ang fusion, na nagreresulta sa isang solidong bagay, isang bagong patong ng powder ang muling ikinakalat sa itaas upang ulitin ang proseso. Ang pag-uulit na ito ng patong-sa-patong ay nagpapatuloy hanggang sa makamit ang panghuling produkto.
I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang additive manufacturing at 3D printing stocks.
Ang Teknolohiya ng Pagtuklas ng Depekto sa Pamamagitan ng Acoustic Monitoring
Ang koponan ng EPFL ay nagdisenyo ng solusyon kasama ang Paul Scherrer Institute (PSI) at ang Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa).
Upang matugunan ang kanilang layunin, naglagay ang koponan ng ultra-sensitive na mga mikropono sa loob ng printing chamber. Ang mga mikroponong ito ay tumulong upang matukoy ang mga natatanging pagbabago sa acoustic signal sa panahon ng mga pagbabago ng rehimen, at sa huli, natukoy nila ang mga depekto sa paggawa.
Ang pananaliksik ay nagdala ng halaga sa larangan ng laser additive manufacturing, dahil naniniwala ang mga mananaliksik na ang kanilang mga natuklasan ay malaki ang magiging epekto sa mga industriyal na aplikasyon ng laser additive manufacturing, kabilang ang mga larangan ng aerospace at precision manufacturing.
Sa pagninilay sa mas malawak na implikasyon, maraming kumpanya na kasangkot sa laser additive manufacturing ang nag-aalok ng iba’t ibang produkto at solusyon. Ang mga kumpanyang ito ay ngayon handa nang tuklasin pa ang pag-aaral upang maisama ang mga benepisyo sa kanilang mga proseso. At sa mga susunod na seksyon, titingnan natin ang ilan sa mga makabago at nangungunang manlalaro sa laser additive manufacturing.
Mga Nangungunang Kumpanya na Nagkokomersyalisa ng Laser-Based Additive Manufacturing
#1. IPG Photonics Corporation
Dalawa sa proseso ng laser additive manufacturing ang gumagamit ng mga laser ng IPG: LMD o Laser Metal Deposition at SLM o Selective Laser Melting. Habang ang SLM ay mahalaga sa paggawa ng ganap na dense na metal na bahagi na may pinahusay na mekanikal na katangian, ang proseso ng LMD ay gumagamit ng nozzle upang coaxially na mag-feed ng powder papunta sa nakatutok na laser spot, na nagpapadali sa paggawa ng ganap na dense na functional na metal na komponent.
Sa pagpapabuti ng mga prosesong ito, ang mga IPG fiber laser ay gumaganap ng mahalagang papel. Sila ay kritikal sa pagbuo ng mga sistema at proseso na nakakamit ang mas mabilis na pagbuo o pagdeposito ng powder, lalo na sa multi-kilowatt na antas ng kapangyarihan.
Ang hanay ng mga materyales na compatible sa proseso ng laser additive manufacturing ng IPG ay talagang malawak, kabilang ngunit hindi limitado sa:
- Polymers
- CoCr
- Aluminum
- Ti alloys
- Stainless steel
- Tool steels
IPGP Tsart ng Presyo
Ipinapakita ng tagumpay ng mga teknolohikal na pag-unlad na ito, iniulat ng IPG Photonics Corporation (IPGP ) ang malakas na resulta sa pananalapi para sa taong nagtatapos noong Disyembre 31, 2022. Ang kumpanya ay nagrehistro ng kita na humigit-kumulang US$1.4 bilyon, na may netong kita na nauukol sa IPG Photonics Corporation bawat karaniwang share (basic) na US$2.17.
#2. Laser Melting Innovations (LMI)
Ang isang makabagong tagapagbigay ng solusyon sa laser additive manufacturing na LMI, ay nagtatrabaho sa bisyon na gawing accessible ang teknolohiya sa mga kumpanya ng lahat ng uri at laki.
Ang pangunahing produkto nito, ang The Alpha 140, ay gumagamit ng air-cooled fiber laser na may 200W na kapangyarihan, na compatible sa pagproseso ng stainless steel, nickel alloys, tool steel alloys, at aluminum alloys. Ang 140 µm focus diameter nito ay tumutulong na makalikha ng mga tumpak na output na may pinong detalye at manipis na pader. Ang spindle-driven axis system nito ay tumutulong upang makuha ang mataas na positioning at repeat accuracy.
Ang sukat na 1.75m x 0.95m ng sistema ay nagbibigay-daan sa kahusayan sa paggamit ng espasyo sa mga kapaligiran pati na rin sa mga research laboratory. Ang mga komponent na ginawa ng Alpha 140 ay maihahambing sa mga ginawa ng tradisyunal na LPBF machines pagdating sa lakas at densidad.
Itinatag ang LMI noong 1996, at noong 2020, nakipag-collaborate ito sa Kurtz Ersa, isang tagagawa ng makina na nag-aalok din ng mga solusyon sa additive manufacturing sa mga industriya tulad ng automotive, medikal, at aerospace, upang i-market ang Alpha 140 sa pamamagitan ng worldwide distribution network ng Kurtz Ersa na may 24-oras na serbisyo.
#3. Prima Additive
Ang Prima Additive, isang dibisyon ng Prima Industries (PRIMAIN.BO ) spa, ay nag-aalok ng Laser Powder Bed Fusion (LPBF) o Selective Laser Melting na mga solusyon na gumagamit ng thermal energy ng laser upang i-fuse ang seksyon ng isang bagay sa isang patong ng metallic powder.
Ang mga solusyon ng prima additive laser ay epektibo kapag nagtatrabaho patungo sa kumplikadong geometry, maliliit na batch production system, at mga prototype. Mayroon itong limang solusyon sa kabuuan.
Ang Print Sharp 150 ay epektibo sa mga aplikasyon ng R&D para sa pagproseso ng iba’t ibang materyales, tulad ng steel, aluminum, nickel, titanium, at cobalt chrome alloys.
Sa paglipat sa isa pang modelo, ang Print Genius 150 ay natatangi dahil sa versatility ng multi-laser technology nito. Sa kabilang banda, ang variant na Print Green 150 ay gumagamit ng green laser, na partikular na kapaki-pakinabang para sa pagproseso ng purong copper, copper alloys, at mga materyal na may mataas na reflectivity.
At para sa mas malakihang operasyon, ang 300 Family solution ay perpektong tugma. Ito ay dinisenyo para sa mga scenario na may mataas na produktibidad at angkop para sa paggawa ng medium at malalaking komponent.
Sa huli, ang Print Genius 400 ay nag-aalok ng isang lubos na automated na opsyon para sa paggawa ng malalaking komponent na umabot hanggang 1 metro ang taas.
Sa usapin ng kita, ang Prima Industries Spa, ang magulang na kumpanya ng Prima Additives, ay nag-ulat ng net revenue na higit sa 327 milyong Euro para sa siyam na buwan na nagtapos noong Setyembre 30, 2022. Ito ay isang malaking pagtaas mula sa kita na higit sa 281 milyong Euro na naitala para sa siyam na buwan na nagtapos noong Setyembre 30, 2021.
Ang Hinaharap ng Laser Additive Manufacturing kasama ang Acoustic Monitoring at Iba Pa
Sa patuloy na pag-usbong ng mga inobasyon, ito ay tanong lamang ng oras bago maabot ng laser additive manufacturing ang tunay nitong potensyal na komersyal. Sa pansamantala, ang acoustic monitoring ay pumapasok bilang isang mahalagang kasangkapan. Ang teknolohiyang ito ay mag-aambag sa paggawa ng mga teknik sa pagmamanupaktura na mas pare-pareho. Sa pamamagitan ng maagang pagtuklas ng mga depekto at pagpapadali ng kanilang pagwawasto, ito ay nakahandang lubos na mapabuti ang kalidad ng produkto sa malapit na hinaharap.
