В настоящее время индустрия 3D-печати находится на стадии становления, и в ней ведется множество разработок, которые позволят более эффективно использовать ее для масштабного производства конечных деталей. Среди этих разработок - усовершенствованная постобработка, большая автоматизация и улучшенный контроль качества, все это обсуждается в отчете "Автоматизация, аддитивное производство и фабрика будущего" от SmarTech Analysis.
Не все подходы к этим областям так просты, как может показаться. Например, большая часть прослеживаемости, необходимой для улучшения контроля качества, решается с помощью новых программных инструментов, таких как системы управления производством (MES). Однако есть один метод, который является совершенно уникальным в своем способе решения проблемы отслеживаемости. Он называется SmartParts и, хотя для отслеживания деталей он использует программное обеспечение, делает это на уровне материала. То есть сам материал позволяет отслеживать детали. Чтобы узнать больше, мы поговорили с Коди Берком, соучредителем и главным операционным директором компании PrintParts, которая является разработчиком SmartParts.
Сама компания PrintParts начиналась как бутиковое бюро услуг, расположенное на Манхэттене. Там соучредитель Роберт Халелук открыл магазин, чтобы применить свой опыт в области литья под давлением в мире аддитивного производства (AM). Берк, в свою очередь, пришел из компании MakerBot до того, как она была приобретена компанией Stratasys, где он провел семь лет в качестве директора по связям с инвесторами.
Компания располагает парком из более чем 50 принтеров, включая около 30 систем Markforged, несколько машин ETEC и пять систем селективного лазерного спекания Fuse 1 от Formlabs, что делает ее крупнейшим пользователем оборудования Fuse 1 на сегодняшний день. С такой установкой компания выступала в качестве основного подрядчика в Нью-Йорке для ответных мер COVID, изготовив более 1,5 миллиона 3D-печатных носовых тампонов. Именно после прихода Берка они "заново основали" PrintParts с целью вывести на рынок SmartParts.
"Вероятно, около 70% нашего бизнеса - это серийное производство. Это то, на чем мы действительно сосредоточены, в отличие от прототипирования. И это действительно послужило основой для разработки нашего решения SmartParts. Из нашего опыта производства деталей мы узнали, что прослеживаемость, аутентификация и управление качеством являются настоящими болевыми точками для внедрения аддитивных технологий в производство. Большинство традиционных методов управления качеством и методологий отслеживания не очень хорошо переносятся, когда вы начинаете применять их в аддитивном производстве", - сказал Берк.
Среди распространенных вопросов, которые Берк слышит от клиентов, - как интегрировать 3D-печать в существующую систему управления качеством производителя и как различать детали от разных поставщиков. Существует несколько систем MES от таких компаний, как Authentise, Oqton/3D Systems, Link3D/Materialise и 3YOURMIND. Однако большинство из них применяют свои решения исключительно с точки зрения программного обеспечения, возможно, используя QR-коды или распознавание деталей и машинное зрение для управления деталями. SmartParts делает это в самом материале.
В основе SmartParts лежит программируемая частица. Частица изготовлена из нераскрытых редкоземельных элементов, которые при воздействии давления и тепла контролируемым, запатентованным способом позволяют добиться определенных физических характеристик и оптических реакций. С помощью этого метода команда PrintParts может контролировать размер, форму и то, что Берк назвал "оптическим преобразованием" частиц. Это означает, что когда частица подвергается воздействию волны определенной длины в спектре света, она возвращает определенный сигнал. Например, инфракрасная волна длиной 940 нм может быть "запрограммирована" на сигнал длиной 540 нм. Это открывает возможности для различных применений, в том числе для отслеживания деталей.
"Это похоже на то, как работает инфракрасный пульт дистанционного управления для телевизора. Когда вы нажимаете кнопку выключения звука, он посылает инфракрасную волну определенной длины, и ваш телевизор распознает ее и выключает звук", - объяснил Берк. "Это похоже на это, за исключением того, что мы на самом деле программируем ответную реакцию. И мы используем эти рычаги для создания системы идентификации".
Система идентификации компании состоит из частиц-метчиков, внедряемых в материал для печати. Частицы внедряются в базовое сырье на уровне частей на миллион, что предотвращает влияние реального загрязнения на свойства материала и производительность печати. Затем готовые компоненты можно сканировать с помощью сканирующего оборудования SmartParts, которое сопоставляет встроенную метку материала с базой данных других идентификаторов. Эта метка может быть связана с такой информацией, как поставщик детали, партия, в которой она была произведена, материал, из которого она была изготовлена, и многое другое. Это позволяет обеспечить необходимую прослеживаемость для подтверждения того, что компонент был изготовлен, например, из сертифицированной версии ULTEM.
В то время как возможность контролировать оптические свойства является ключевой для системы сканирования SmartParts, контроль размера и формы программируемых частиц необходим для соответствия материала заданному сырью.
"Очевидно, что это очень важно для введения частиц в смолу, например, когда вам может понадобиться частица очень маленького размера определенной формы, чтобы она не оседала в смоле, а была равномерно взвешена. Если вы вводите частицу в порошок, у вас есть набор характеристик вокруг этой формы и размера, чтобы она равномерно распределялась и смешивалась в порошке", - сказал Берк.
Поскольку модификация частиц - это этап, который происходит вне процесса производства детали, эта технология является довольно гибкой и может иметь множество применений как в AM, так и за ее пределами. Например, частицы можно наносить в процессе последующей обработки, хотя более элегантным решением является их включение в процесс печати. Это открывает возможность обработки деталей частицами, возможно, с помощью автоматизированной системы от PostProcess Technologies, DyeMansion или Additive Manufacturing Technologies. Однако это означает, что частицами SmartParts можно покрывать и изделия, изготовленные традиционным способом. По этой причине такое решение может быть ценным для многотехнологичных сервисных бюро, таких как Xometry, Protolabs, FATHOM и Siemens. Если это решение имеет преимущества перед существующими методами контроля качества, можно даже представить себе производителей оригинального оборудования, таких как Ford или Airbus, использующих его на обычных деталях.
Если расширить эту линию мышления дальше, то можно представить, что она будет использоваться не только в производстве. Поскольку вакцинные паспорта COVID изучаются и внедряются многими правительствами и предприятиями, легко подумать о создании цифрового паспорта, который может быть создан при вакцинации. Программируемые частицы могут быть включены в будущие версии прививок Moderna или Pfizer, чтобы ваш паспорт вакцины обновлялся при последней инъекции. В настоящее время компания PrintParts ориентирована на индустрию AM и производство, но вполне вероятно, что эта технология найдет свое применение и в других отраслях.
Берк объяснил, что решение сосредоточиться на АМ было обусловлено тем, что использование этой технологии в производственных условиях еще не созрело. До сих пор отсутствует стандартизация для контроля качества и отслеживания. Кроме того, из-за уникальной природы АМ подделка представляет собой уникальную проблему.
"По мере демократизации технологии люди получают доступ к этим принтерам, и проблемы, связанные с поддельными деталями, будут только расти. Мы считаем, что существует реальная возможность решить эту проблему в аддитивном производстве. При этом системы, которые мы создаем вокруг технологий сканирования и программных баз данных для хранения всех этих цифровых записей, которые мы связываем с материалами и деталями, применимы в любой отрасли производства".
Далее он объяснил, как компания реализует трехэтапный подход, к которому PrintParts уже приступила, начиная с сотрудничества с OEM-производителями аддитивных материалов и компаниями по производству материалов для обеспечения идентификаторов для материалов и деталей с высокими требованиями. Затем последует внедрение полной платформы SmartParts для производителей и пользователей деталей для достижения полной сквозной прослеживаемости. Наконец, SmartParts будет распространяться на более широкие производственные технологии.
"Мы считаем, что можем достичь этого несколькими способами с помощью методов постобработки. Мы экспериментировали с добавлением частиц в красители, покрытия и ионизирующие процессы для металлических деталей с ЧПУ. Таким образом, у нас есть множество механизмов доставки, с которыми мы можем экспериментировать, но аддитивные технологии - это действительно хороший рынок для нас на ранней стадии", - сказал Берк.
Компания стремится создать экосистему партнеров, которые смогут воспользоваться преимуществами технологии, охватывающую всю цепочку создания стоимости, от производителей материалов до конечных пользователей. Сюда входят компании по производству материалов, с которыми PrintParts проводит технико-экономические испытания, чтобы определить, можно ли добавлять их частицы в материалы для аутентификации, подтверждения источника происхождения в соответствии с требованиями экологической, социальной и управленческой отчетности, а также для отслеживания партий различных порошков.
"Наша цель - создать экосистему партнеров, которые смогут извлечь выгоду из этой технологии. Мы понимаем, что для того, чтобы наш подход работал, нам необходимо быть независимыми от технологий и работать со всеми этими игроками", - сказал Берк.
Стартап также ищет поставщиков систем управления производством (MES) и планирования ресурсов предприятия (ERP) в неаддитивной сфере для возможности подключения платформы цифровых записей SmartParts к существующим системам MES и ERP. О существующих MES-решениях для аддитивного производства Берк сказал следующее:
"Мы получаем отклики от людей, работающих с программным обеспечением, что прослеживаемость - это требование для заключения крупных сделок с крупными производителями комплектующих для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Поставщики MES проделали замечательную работу, используя имеющуюся технологию для внедрения прослеживаемости. Мы можем работать вместе с этими компаниями, чтобы добавить более высокий уровень точности".
В настоящее время компания разрабатывает программу интеграции программного обеспечения для разработчиков MES, чтобы они могли брать собранную ими информацию, такую как цифровые двойники и производственные данные, и связывать ее с материалами SmartParts. Другие возможности существуют в сфере автоматизации с такими компаниями, как AM-Flow, которая разрабатывает методы транспортировки, идентификации и упаковки 3D-печатных деталей. С помощью SmartParts можно не только использовать машинное зрение для отслеживания компонента по его форме, но и внутри материала.
Учитывая нынешние темпы роста рынка, для этого автора не будет удивительным, если некоторые из этих цветущих партнерств перерастут в полноценные приобретения. Если говорить о бюро услуг, то можно представить, что такая фирма, как Xometry или Protolabs, приобретет PrintParts. Что касается материалов, то очевидным претендентом может быть BASF, которая довольно прочно вошла на рынок сервисных бюро, одновременно разрабатывая широкий спектр материалов для 3D-печати. Будучи крупнейшей химической компанией в мире, она, безусловно, располагает средствами, чтобы начать внедрение программируемых частиц SmartParts в свое сырье. Затем они могут быть представлены миру через дочернюю компанию BASF Sculpteo и ее дочерний бизнес по производству запчастей Replique.
Хотя пока трудно понять, насколько решение SmartParts сопоставимо с существующими методами обеспечения прослеживаемости в производственной среде AM с точки зрения эффективности и стоимости, со стороны оно кажется блестящим подходом с огромным потенциалом. В настоящее время продукт находится только в стадии бета-тестирования, но мы сможем получить более полное представление о вариантах использования, когда они станут общедоступными.
#additive manufacturing #аддитивное производство #3d печать #software
