Hagt af nogle observatører som "en industriel revolution for den digitale tidsalder", har hurtig fremstilling ændret fremstillingsindustriens ansigt i nogen tid nu. Mange mener, at 3D-trykningsteknologien er demokratisering af design og fremstilling, hvilket gør den mere tilgængelig og mindre afhængig af stordriftsfordele. Traditionelle produktionsmetoder kommer ofte med uoverkommelige værktøjsomkostninger, hvilket betyder, at mindre virksomheder og enkeltpersoner ofte bliver prissat ud af markedet, når det kommer til produktudvikling. 3D-udskrivning er blevet hyldet som en spilleskifter selvom og har gjort det muligt for virksomheder at lave fremskridt inden for produktionen, der tidligere var utænkelige.
Her hos Freshome er vi fascineret af processen med 3D-udskrivning, og vi ønskede at finde ud af mere om denne forstyrrende teknologi, der revolutionerer fremstillingsindustrien. Heldigvis var der en ekspert på området for at besvare nogle af vores spørgsmål. Dr. Phil Reeves er administrerende direktør og princippet konsulent hos Econolyst Ltd, en britisk-baseret additiv produktion (AM) & 3D-print rådgivning & analysefirmaet arbejder med en bred vifte af kunder i hele Europa, Nordamerika, Mellemøsten, Fjernøsten & Afrika. Dr. Reeves rådgiver leverandører af additivproduktionssystemer om fremtidige forretnings- og teknologistrategier og teknologiforbrugere om forretningsmæssige fordele ved AM-adoption.
Hvad er netop 3D-udskrivning?
3D-udskrivning er et udtryk, der bruges til at beskrive en række nye teknologier, der producerer håndgribeligt produkt fra 3-dimensionelle computerdata. Teknologien henvises ofte til industrien som "Additive Manufacturing", da tilgangen virker ved at binde sammen todimensionelle lag af materiale, lag for lag, indtil 3D-delen er færdig.
3D-udskrivning har eksisteret i over 20 år, hvad er der sket i den tid?
Tidlige 3D-trykmaskiner blev udelukkende brugt til fremstilling af Rapid Prototyping-modeller (RP), der blev brugt under produktudvikling. Disse tidlige RP-modeller havde meget begrænset styrke og ville ofte deformere eller nedbrydes inden for få uger eller endda fremstillingsdage. Men da de kun blev brugt til at vurdere en produkts form eller form, var det acceptabelt på det tidspunkt.
Da teknologien er modnet, er den række af materialer, der er til rådighed for os, steget, og med dette er der sket forbedringer i mekaniske egenskaber og lang levetid. Vi kan nu producere dele i metaller som titanium eller guld, polymerer som ABS, Nylon og polycarbonat eller keramik som aluminium eller zirconium.
Parallelt er teknologierne blevet større og hurtigere, hvilket gør dem mere produktive og mere økonomiske hvad angår volumenproduktion. Det er koblingen på øget produktivitet med øget materiale egnethed, der er drivkraft teknologien ind i de vigtigste stream produktion applikationer på områder som ortopædiske implantater, dental hætter og kroner, høreapparater, mobiltelefon tilfælde, proteser lemmer covers og hjem interiør produkter.
Hvordan bruges 3D-printteknologi i interiørbranchen?
Interessant nok var boliginteriør et af de første applikationer, hvor 3D Printing virkelig var vant til at fremstille produkter, snarere end blot prototyper. Omkring årtusindeskiftet nogle unge kreative designere, der var blevet udsat for RP-teknologier på universitetet, begyndte oprettelse virksomheder, der sælger 3D printede interiør produkter, fra armaturer og frugt skåle, til møbler og kunst.
Sandsynligvis den mest indflydelsesrige var Janne Kyttanen på skabelsens frihed. Janne forstod kraften i 3D-udskrivning i form af en business enabler. Han var i stand til at etablere et firma, der sælger geometrisk komplekse produkter, der tidligere var utænkelige, uden at der var behov for nogen opadgående kapitalinvesteringer i værktøj. Gennem internettet var han i stand til at sælge produkter næsten, før de endda blev fremstillet, og fik små partier produceret på efterspørgsel fra tredjepartsfirmaer, der havde investeret i 3D-trykningsteknologien for at servicere RP-industrien.
Andre virksomheder som Materialize MGX begyndte snart at samle 3D-trykte interiørprodukter fra flere designere og markedsføre dem gennem mere traditionelle indenrigsforhandlere. Andre 3D-printproduktdesignere som Lionel Dean at Future Factories, der samarbejder med eksisterende interiørproducenter som Kundalini-belysning i Italien, bruger deres kanaler til at bringe 3D-trykte produkter på markedet.
Og hvordan bruges det af arkitekter?
I øjeblikket er 3D-udskrivning stadig meget et hurtigt prototypeværktøj til arkitekter. Da flere og flere arkitekter har overgået fra 2D Computer Aided Design (CAD) software til 3D CAD software, har de været i stand til at udnytte forbindelsen mellem 3D CAD og 3D print. Arkitekter producerer nu regelmæssigt meget detaljerede modeller af bygninger, interiører, 3D-planer og endda hele masterplaner for ombygninger, der gøres mulige ved at forbinde 3D-udskrivning med topologisk scanning og satellitdata. Det er endda muligt at udtrække data på et bestemt geografisk område fra Google Earth og 3D udskrive dette som et hjælpemiddel til masterplanlægning.
Vi ser nu, at nogle virksomheder udvikler 3D-teknologi specielt til byggebranchen, som D-Shape.D-form har udviklet et stort 3D-tryksystem, der bruger genvundet marmorpulver eller sand, som konsolideres ved at jæle et bindemiddel ind i materialet. D-Shape producerer nu relativt store (ca. 5M høje) arkitektoniske produkter som gazebos, kiosker, parkbænke og møbler. Andre forskergrupper ser på skalering 3D-udskrivning yderligere til produktion af hele bygninger, men jeg tror, at dette måske er et årti eller to væk fra at være en realitet, hvis overhovedet.
I hvilket omfang er markedstendenser og forbrugernes forventninger kørende 3D-udskrivning?
Der er bestemt en masse interesse og hype omkring 3DP i øjeblikket. På den ene side er det en god ting. Men på den anden side skal vi være forsigtige med ikke at overselge teknologiens muligheder. Teknologien har været meget god til at reagere på nogle markedstendenser, såsom markedet for mere stilistiske og individuelle mobiltelefondæksler. Teknologien har også reageret på væksten i onlinespil og social networking, hvilket gør det muligt at skabe online-spil-tegn og avatarer til håndgribelige, men alligevel personlige produkter.
Men der er stadig begrænsninger med hensyn til procesøkonomiske og materielle muligheder. Der er en forventning om, at 3D-print på en dag vil kunne udskrive næsten alt, selv i hjemmet, fra gryder og pander, til brudte dele af vaskemaskiner, brusere eller fjernsynet. Virkeligheden er, vi er år væk fra sådanne systemer. Men vi har allerede relativt basale systemer rettet mod forbrugermarkedet, der er velegnede til fremstilling af grundlæggende legetøj, spil og kurioser.
Hvilken effekt har 3D-udskrivning på design- og fremstillingsprocesser?
Et af de mest betydningsfulde aspekter ved 3D-udskrivning er evnen til at fremstille komplekse geometrier med lidt, hvis der ikke er nogen omkostningsstraf. Faktisk bruges 3D-trykning ofte til at lave produkter, der er umulige at producere ved hjælp af traditionelle processer som plastindsprøjtestøbning. Designere udnytter denne geometriske fleksibilitet ved at muliggøre større og større niveauer af produktdifferentiering. I sidste ende behøver ingen 3DP-produkt nogensinde at være det samme.
Denne single-enhed batch produktion er også en overbevisende driver til fremstillingssamfundet. I den tidligere fremstillingsøkonomi var det altid baseret på produktion af tilstrækkelige komponenter til dækning af omkostningerne ved anlægsaktiver, som formeværktøjerne. Men når du tager væk behovet for mold værktøjer, ændrer den økonomiske model dramatisk.
Processen med 3D-udskrivning giver nogle reelle fordele, hvad angår forsyningskæden. Kan du forklare disse fordele?
3D-udskrivning er ikke kun en forstyrrende teknologi, der bruges til at erstatte støbning, støbning eller bearbejdning. Det er en aktiverende teknologi, der giver virksomheder mulighed for at tænke anderledes om deres forsyningskæder og vigtigere værdikæden og interaktionen med kunderne inden for deres forretning. Der er virkelig seks væsentlige fordele på tværs af denne værdikæde, der skyldes implementeringen af 3D-udskrivning.
- Digital og værktøjsfri fremstilling - muliggør øget niveau af produktvariation og mindre økonomisk batchproduktion til støtte for specifikke geografiske, demografiske eller sociale tendenser
- Udnytte designfriheder - gør det muligt at producere produkter med stigende niveauer af geometrisk kompleksitet, med lidt hvis ingen omkostningsstraf
- Aktivering af produktpersonalisering - kobling af lavvolumenproduktion i batchstørrelser af en med kompleks geometri for at realisere individualiserede produkter
- Tilbyder nye oplevelser i detailhandel - engagerer forbrugeren i produktdesign oplevelsen via online eller i butik adgang til intuitive software værktøjer eller 3D scanning
- Adressering af nye markeder - kobling af produktpersonalisering med tilgængelighed for en aldrende og ændret befolkning
- Grønne forsyningskæden - reducere lagerbeholdningen, formindske emballageaffald, reducere logistik og reducere produktion CO2
I virkeligheden kan 3D-udskrivning helt omorientere forsyningskæden, da den sætter forbrugeren i både bagenden og forenden af kæden. Forbrugerne kan engagere sig i det oprindelige produktdesign, eller de kan bestille på forespørgsel med produkter, der udføres efter udvekslingen af betaling. 3D-udskrivning kan aktivere både en fleksibel responsiv forsyningskæde, men også en, der er lean - vi kalder det legil produktion.
Hvad er materialets begrænsninger i 3D-udskrivning, og hvilke fremskridt er der gjort for at overvinde disse begrænsninger?
Som vi har sagt, har vi stadig væsentlige begrænsninger. Nogle er fysiske, nogle er økonomiske, nogle er æstetiske og nogle er miljømæssige. 3D-udskrivningsprocesser kæmper stadig for at opnå de mekaniske egenskaber for støbte plastmaterialer eller metaldele, der er bearbejdet fra faststof. Men der foregår meget arbejde i laboratorier og universiteter rundt omkring i verden for at udvide materialet og forbedre det, vi allerede har.
Vi ser også flere virksomheder, der kommer ind i forsyningskæden for materialer, hvilket reducerer omkostningerne til råmaterialer, hvilket naturligvis påvirker økonomien i de færdige dele produceret. Vi ser også bedre farvedefinition og gennemsigtighed, forbedrer æstetik af dele sammen med mere bæredygtige materialer som grønne polymerer som Nylon 11 og PLA afledt af planter i stedet for olie. Vi har stadig en lang vej at gå, men vi bevæger os hurtigt og bevæger os i den rigtige retning.
Hvad er de vigtigste hindringer for, at 3D-udskrivning bliver en mainstream-teknologi?
Som vi har sagt, er materialer et problem, men dette kan mildnes til en vis grad gennem produktdesign.Økonomi er også et problem, da produktion 3D-trykmaskiner og -materialer er relativt dyre og relativt langsomme, hvilket gør de dele, de producerer, mere kostbare end dem, der fremstilles ved masseproduktionsteknikker. Men som materielle priser falder og produktiviteten stiger, så økonomien i 3D-udskrivning bliver mere acceptabel.
Den anden hovedbegrænsning er viden. Mange virksomheder forstår simpelthen ikke, hvordan man bruger 3D-udskrivning, eller hvor man placerer det inden for deres værdikæde. Deres nuværende produktionsforsyningskæde føles sårbar, deres produktdesignere forstår ikke fuldt ud, hvordan de udnytter de geometriske fordele, og deres marketingfunktioner kæmper for at forstå, hvordan man integrerer 3D-udskrivning i kundens værdikæde. Jeg tror det er her, vi kommer ind som en konsulentvirksomhed, der hjælper virksomheder med at forstå disse problemer, vurdere teknologierne, udvikle forretningsmæssig sag og implementere i værdistrømmen.
Med fremkomsten af billige bærbare skrivebords 3D-trykkerier har der været tale om, at vi snart vil have disse i vores hjem. Hvor sandsynligt er dette scenario?
Jeg har to 3D trykkerier i mit hus og mine børn elsker dem. Men så igen har en undertaker sandsynligvis den ulige kiste af to i garagen. Alvorligt har interessen for hjemme 3D-trykning været fænomenal i de sidste par år, ligesom væksten i virksomheder, der gør maskiner til at betjene markedet. Sidste gang vi regnede, fandt vi over 40 virksomheder rundt omkring i verden, der lavede lave, hjemme, forbrugerprintere. De fleste er baseret på det samme open source design af ekstruderende smeltet polymer gennem en dyse, men nogle bruger andre tilgange. Sidste år blev der solgt omkring 15.000 hjemmeprintere. Vi forventer at antallet bliver nærmere 60.000 i år (måske mere). Så ikke alle hjem - bare endnu.
I øjeblikket bruges de fleste hjemmebrugere af mennesker, der er interesseret i teknologien eller interesseret i produktdesign. Vi ser flere og flere mennesker køber derefter for at støtte deres hobbyer, om det gør fjernstyrede flydele eller endda lave tilpassede fiskelok. De er gode fra et uddannelsesmæssigt perspektiv - tag en 3D-printer, noget cochineal madfarvning, eddike og bikarbonat sodavand, og du har nogensinde det bedste 'klassesvindende' vulkan-lektieprojekt.
Hvilke råd vil du give til iværksættere, der søger at udforske 3D-udskrivning som en potentiel forretningsinvestering?
Du skal kende dit marked, kende dine kunder og kende dine evner. Der er mange muligheder i hele forsyningskæden ved at designe 3D-trykte produkter, detailhandle dem online eller på high street, udvikle softwareinterfaces, så andre kan engagere sig i designprocessen, formulere nye materialer eller til dem med dybere lommer, opsætte produktionskapacitet. For virksomheder er nøglen at forstå kundeoplevelsen og værdien af teknologien. For nogle virksomheder er 3D-udskrivning en stille enabler - hvilket gør virksomhedernes liv lettere. For andre er 3D-udskrivning "krog", grunden til, at produktet eksisterer, differentiatoren. Når virksomheder forstår, hvordan 3D-udskrivning kan tilføre værdi, så skal de forstå, hvordan man bruger det og hvornår man bruger det, men det er en anden historie.
Freshome vil gerne takke dr. Phil Reeves for hans ekspertindblik i verdenen med 3D-udskrivning. Alle billeder i denne artikel med frihed til skabelse
