Perchè lo sviluppo della stampa 3d è così lento

di Joris Peels da 3dprint.com

Perché la stampa 3D si sta sviluppando a passo di lumaca?
 
Nel 2009, ho fatto una presentazione sullo stato della stampa 3D e, su 18 diapositive, avrei dovuto cambiarne solo una perché quel discorso fosse accurato oggi. Immagina quanto sono cambiati i computer in quell’arco di tempo, quanto velocemente si sono evoluti i giochi o l’industria della telefonia mobile nello stesso periodo.

 

Nel 2009, i telefoni cellulari più diffusi includevano l’iPhone 3GS e il Blackberry Storm, che avevano il supporto “EV-DO Rev. A e UMTS/HSDPA. Altri punti salienti includono il GPS e una fotocamera da 3,2 megapixel . Il 2009 è stato anche l’anno in cui sono stati introdotti Minecraft e Bitcoin e Halo 3 , The Sims 3 e Wii Fit erano giochi popolari.

Mentre ballavamo su “Just Dance” di Lady Gaga e “Tik Tok” era una canzone, non un’app, la nostra tecnologia di stampa 3D era praticamente la stessa di adesso. Da allora, la fusione a letto di polvere è diventata un po’ più produttiva e le parti erano più bianche, la degradazione UV è stata ridotta un po’ per i componenti realizzati con polimerizzazione in vasca e le stampanti FDM (fused deposition modeling) sono diventate molto più economiche. Ora ci sono più materiali e molti più fornitori, ma fondamentalmente è cambiato poco. Allora, perché è questo? Perché i progressi nella stampa 3D sono glacialmente lenti?

Fattori che hanno ritardato la nostra crescita: 
Abbiamo sottoutilizzato il software per far progredire il nostro settore. In molte aree, il software ha aumentato la produttività, oltre a consentire alle persone di comunicare direttamente e lavorare insieme. Nella stampa 3D, il software ha semplificato l’invio, la ricezione, la suddivisione e l’annidamento dei file. Ma, cosa cruciale per la maggior parte dei lavori di stampa, c’è ancora un elemento umano necessario. Anche in processi altamente automatizzati , un essere umano ha bisogno di controllare o portare un’enorme quantità di esperienza per l’ottimizzazione delle build. La stampa con un clic è ancora un sogno, ma al momento non possiamo automatizzare completamente la creazione, il controllo dei file e l’annidamento. L’unica eccezione sono alcune catene di approvvigionamento digitali per il mercato dentale , ma anche per Invisalign e gli apparecchi acustici, una persona è nel giro.
C’era poca produzione in corso fino a poco tempo. Non c’era abbastanza produzione in siti sufficienti per giustificare un mercato nelle apparecchiature di post-elaborazione . Ciò significava che tutti dovevano mettere insieme le proprie catene di approvvigionamento e tecniche di post-elaborazione e non erano in grado di acquistare dispositivi standardizzati per risparmiare lavoro.
Il lavoro manuale è una grande componente dei costi . Il lavoro manuale è ancora un terzo dei costi delle parti perché fino a poco tempo fa non ci sono stati molti investimenti e entrate nella post-elaborazione. Ora le aziende hanno i mezzi per automatizzare completamente la post-elaborazione.
Stiamo ancora pagando troppo per i materiali . Normalmente paghiamo ancora $ 65 o $ 90 per un chilo di poliammide, mentre altrove la gente pagherebbe $ 9 al chilo per la stessa roba. A volte paghiamo $ 120 o $ 30 per un chilo di ABS, mentre altri pagherebbero $ 6 o $ 20 per un chilo di PLA. Molti fotopolimeri sono più costosi della polvere di titanio, che di per sé è troppo costosa. Ciò ritarda la crescita, le applicazioni, le industrializzazioni e i nuovi investimenti.
Tutti erano tenuti prigionieri dal proprio IP . Ognuno sviluppava tecnologia solo all’interno del proprio IP, il che significava che le tecnologie erano spesso supportate solo da poche aziende.
La maggior parte delle aziende si è concentrata su volumi bassi e margini elevati . Le società di materiali si sono concentrate su margini elevati a volumi relativamente bassi, mentre i servizi si sono concentrati sulla produzione di parti ad alto margine a volumi bassi. Ciò significava che, fino a poco tempo fa, non c’era un reale impulso al cambiamento.
Le macchine erano Lab e non Fab. Le macchine sono state realizzate per le università, il che significa che sono state progettate per la ricerca e lo sviluppo. Avevamo molte opzioni e varietà diverse, ma le macchine non erano pensate per la produzione.
I casi di produzione di successo non sono stati copiati. Una cosa strana è che, fino a poco tempo fa, molti casi di produzione di successo venivano realizzati da una o forse due aziende. La polimerizzazione in vasca industriale di Invisalign, di grande successo, per stampi dentali da sola e, sorprendentemente, non è stata copiata fino a poco tempo fa. Quindi, stranamente, ci sono poche aziende che lo hanno copiato per realizzare paradenti, cuffie o altre applicazioni di stampi in silicone che trarrebbero vantaggio da stampi stampati in 3D unici. Inoltre, solo di recente le società ben capitalizzate hanno seguito l’attività stessa di Invisalign. Avio Aero ha lavorato da solo nella stampa 3D delle pale delle turbine per anni e BEGO completamente automatizzato la gestione dei file e l’automazione delle parti per la stampa in metallo di ponti e corone anni prima che qualcuno potesse davvero competere con loro.
Gli investimenti nella stampa 3D sono stati bassi. Per i primi 25 anni circa, gli investimenti nella stampa 3D, in particolare nel miglioramento o nella sostituzione delle tecnologie di stampa 3D esistenti, sono stati bassi. A parte un sacco di lavoro al Fraunhofer, all’Oak Ridge National Laboratory, a Sandia e a pochi altri, pochi hanno fatto il lavoro pesante. Solo dopo il 2011 abbiamo ottenuto un serio interesse per le azioni. Dopo, c’è stato un serio interesse per il VC, ma solo in poche aziende e solo fino a quest’anno abbiamo visto un serio interesse per l’IPO. Solo ora stiamo ricevendo molti miliardi di finanziamenti.
Perché è difficile che la stampa 3D diventi migliore?

 

È difficile realizzare una stampante 3D. Una stampante 3D a letto di polvere è una combinazione di fisica, ottica, laser, scienza dei materiali, ingegneria meccanica, controllo del movimento e software. Tutte queste discipline devono unirsi per realizzare una buona stampante 3D. Team ben bilanciati che migliorano olisticamente i dispositivi su tutti i fronti senza rafforzare i loop di feedback dannosi sono una cosa difficile da fare, soprattutto se la complessità aumenta.

È più difficile realizzare una stampante più grande o più produttiva. Man mano che si aumentano le dimensioni delle parti o il volume di costruzione, la precisione è più difficile da mantenere. La resistenza e la rigidità di tutte le parti del telaio devono essere migliorate. La stabilità diventa più importante così come le vibrazioni, il controllo della temperatura e i circuiti di feedback. Con l’aumentare della complessità, spesso il numero di parti aumenta, mentre allo stesso tempo sono necessarie maggiore precisione e resistenza. Questo significa che passare da una macchina funzionante a una che ha una resa nettamente superiore o è grande il doppio è molto difficile. Anche l’assicurazione della qualità (QA) per le stampanti 3D è complessa, poiché richiede il controllo di molti tipi diversi e diversi di assemblaggi e sistemi.

Non avevamo i dati o le pratiche . Con così pochi casi di produzione in corso e ancor meno condivisi pubblicamente, i dati erano limitati. Le migliori pratiche del settore erano nascoste nelle tribù di GE, Phonak, BEGO o negli uffici di servizio. Quindi, le migliori pratiche non sono diventate un luogo comune. Inoltre, per le persone al di fuori di questo gruppo molto limitato, non era chiaro quali fossero le reali sfide quotidiane nella stampa 3D per la produzione e cosa fosse necessario per migliorarla. Innovatori, investitori e ricercatori spesso non erano informati su quale fosse il rendimento effettivo, i tassi di errore, i problemi, gli sprechi e l’inefficienza. Le risorse effettive insufficienti sono state quindi attratte specificamente per risolvere problemi reali.

Produciamo macchine utensili . Con tutta la nostra nuova complessità, stiamo ancora producendo macchine utensili. Produciamo apparecchiature che dovresti essere in grado di utilizzare per un decennio, praticamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, aspettandoti che ti diano sempre gli stessi risultati. Questo non è un gadget o un semplice dispositivo che è facile da montare e quindi funziona per sempre senza parti mobili, come un router per computer. Non è un PC o un telefono cellulare, di cui puoi semplicemente eseguire il test QA. Stiamo parlando di un dispositivo complesso, con molte parti mobili, con molti tipi diversi di sistemi che devono funzionare in modo accurato, ripetibile e affidabile per anni. Questa è una sfida molto difficile.


Produciamo parti in un modo completamente nuovo, ogni volta.Ogni singolo componente prodotto su una stampante può avere caratteristiche o proprietà diverse a seconda dell’orientamento, della posizione sulla piattaforma di stampa e del percorso utensile utilizzato per costruirlo in un modo particolare. L’output delle stampanti 3D è ancora altamente variabile da un’esecuzione all’altra o per tutta la durata della parte. Non prendiamo un blocco di un metallo testato conosciuto e lo tagliamo allo stesso modo ogni volta. Prendiamo un tubetto di dentifricio e costruiamo una parte che si indurisce in modo diverso con percorsi utensile diversi e con temperature, forme e flusso d’aria circostanti variabili. Quindi, stiamo creando cose uniche, anche se a prima vista sembrerebbero tutte uguali. Un letto di stampa pieno degli stessi oggetti è in realtà ognuno diverso, realizzato in modo diverso. Notoriamente, la complessità è gratuita nella stampa 3D. 

Solo ora stiamo davvero affrontando gli spauracchi, le questioni fondamentali e i problemi reali che frenano la stampa 3D. Siamo un’industria che vuole realizzare macchine utensili altamente produttive e dovremmo affrontare la sfida con vera umiltà. Dovremmo essere in soggezione nei confronti delle industrie contro cui dobbiamo competere. Ci arriveremo, ma passo dopo passo.

 

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