Hålls av några observatörer som "en industriell revolution för den digitala tiden", snabb tillverkning har förändrat tillverkningsindustrins ansikte under en tid. Många tror att 3D-trycktekniken demokratiserar design och tillverkning, vilket gör det mer tillgängligt och mindre beroende av skalfördelar. Traditionella tillverkningsmetoder kommer ofta med otillåtna verktygskostnader, vilket innebär att mindre företag och individer ofta prissätts ut ur marknaden när det gäller produktutveckling. 3D-utskrift har blivit hyllad som en spelväxlare men och har gjort det möjligt för företag att göra framsteg för tillverkning som tidigare var otänkbara.

Här på Freshome är vi fascinerade av processen med 3D-utskrift och vi ville veta mer om denna störande teknik som revolutionerar tillverkningsindustrin. Lyckligtvis var en expert på fältet till hands för att svara på några av våra frågor. Dr Phil Reeves är verkställande direktör och konsultchef på Econolyst Ltd, en brittiskbaserad tillsatsindustri (AM) & 3D-konsult- och forskningsbyrå som arbetar med ett brett spektrum av kunder över Europa, Nordamerika, Mellanöstern, Fjärran Östern & Afrika. Dr Reeves rekommenderar tillverkare av tillsatsproduktionssystem för framtida affärs- och teknologistrategi och teknikanvändare på affärsfördelarna med AM-antagande.

Vad är exakt 3D-utskrift?

3D-utskrift är en term som används för att beskriva en rad nya teknologier som producerar konkret produkt från 3-dimensionell datadata. Tekniken refereras ofta till i industrin som "Additive Manufacturing", eftersom tillvägagångssättet fungerar genom att binda samman tvådimensionella lager av material, lager för lager, tills 3D-delen är klar.

3D-utskrift har funnits i över 20 år, vilka framsteg har gjorts under den tiden?

Tidiga 3D-tryckmaskiner användes enbart för att göra Rapid Prototyping (RP) -modeller som användes under produktutveckling. Dessa tidiga RP-modeller hade väldigt begränsad styrka och skulle ofta deformeras eller nedbrytas inom några veckor eller till och med tillverkningsdagar. Men med tanke på att de bara användes för att bedöma en produkts form eller form, var det acceptabelt vid den tiden.

Eftersom tekniken har mognat, så har utbudet av material som är tillgängligt för oss ökat, och med detta har förbättringar gjorts i mekaniska egenskaper och livslängd. Vi kan nu producera delar i metaller som titan eller guld, polymerer som ABS, Nylon och polykarbonat eller keramik som aluminium eller zirkonium.

Parallellt har teknologierna blivit större och snabbare, vilket gör dem mer produktiva och mer ekonomiska när det gäller volymproduktion. Det är kopplingen på ökad produktivitet med ökad materialkompatibilitet som driver tekniken till huvudströmstillverkningstillämpningar inom områden som ortopediska implantat, dental caps och crowns, hörselhjälpmedel, mobilfodral, protesskydd och heminredningsprodukter.

Hur används 3D-tryckteknik inom interiörbranschen?

Intressant var heminredning en av de första applikationerna där 3D Printing verkligen brukade tillverka produkter, snarare än bara prototyper. I början av årtusendet började några unga kreativa designers som hade blivit utsatta för RP-teknologier vid universitetet etablera företag som säljer 3D-tryckta interiörprodukter, från lampbeslag och fruktskålar till möbler och konst.

Förmodligen den mest inflytelserika var Janne Kyttanen vid skapelsens frihet. Janne förstod kraften i 3D-utskrift när det gäller en företagsföretagen. Han kunde etablera ett företag som säljer geometriskt komplexa produkter som tidigare var otänkbara, utan att det krävdes några kapitalinvesteringar i verktyg. Genom internet kunde han sälja produkter nästan innan de ens tillverkade, få små partier producerade på begäran av tredje part företag som hade investerat i 3D-trycktekniken för att betjäna RP-industrin.

Andra företag som Materialize MGX började snart samla in 3D-tryckta interiörprodukter från flera designers och marknadsföra dem genom mer traditionella inredningsföretag. Andra 3D-tryckproduktdesigners som Lionel Dean at Future Factories, som samarbetar med befintliga interiörtillverkare som Kundalini-belysning i Italien, använder sina kanaler för att marknadsföra 3D-tryckta produkter.

Och hur används arkitekten av det?

För närvarande är 3D-utskrift fortfarande väldigt mycket ett snabbt prototyperverktyg för arkitekter. Eftersom fler och fler arkitekter har övergått från 2D Computer Aided Design (CAD) -programvara till 3D CAD-programvara, har de kunnat utnyttja länken mellan 3D CAD och 3D-utskrift. Arkitekter producerar nu regelbundet mycket detaljerade modeller av byggnader, interiörer, 3D-planer och till och med hela masterplaner för ombyggnader, möjliga genom att länka 3D-utskrift med topologisk scanning och satellitdata. Det är även möjligt att extrahera data på ett visst geografiskt område från Google Earth och 3D skriva ut detta som ett hjälpmedel för mastersplanering.

Vi ser nu att vissa företag utvecklar 3D-teknik speciellt för byggindustrin, som D-Shape.D-form har utvecklat ett storskaligt 3D-trycksystem som använder återvunnet marmorpulver eller sand, vilket konsolideras genom att jäta ett bindemedel i materialet. D-Shape producerar nu relativt stora (ca 5M höga) arkitektoniska produkter som gazebos, kiosker, parkbänkar och möbler. Andra forskargrupper tittar på skalering 3D-utskrift längre fram för produktion av hela byggnader, men jag tror att det här kanske är ett decennium eller två bort från att vara verklighet, om alls.

I vilken utsträckning går marknadsutveckling och konsumentförväntningar i 3D-utskrift?

Det finns förvisso mycket intresse och hype runt 3DP för tillfället. Å ena sidan är det bra. Men å andra sidan måste vi vara försiktiga så att vi inte överdriver tekniken. Tekniken har varit mycket bra för att svara på vissa marknadsutvecklingar, till exempel marknaden för mer stilistiska och individuella mobiltelefonöverdrag. Tekniken har också svarat på tillväxten i onlinespel och sociala nätverk, vilket gör att onlinespel och avatarer kan realiseras i konkreta men ändå anpassade produkter.

Men det finns fortfarande begränsningar när det gäller processens ekonomiska och materiella kapacitet. Det finns en förväntan att en dag 3D-utskrift kommer att kunna skriva ut nästan någonting, även i hemmet, från krukor och kokkärl, till brutna delar av tvättmaskiner, duschar eller TV-fjärrkontrollen. Verkligheten är, vi är år borta från sådana system. Men vi har redan relativt grundläggande system riktade mot konsumentmarknaden som är anpassade till tillverkningen av grundläggande leksaker, spel och kuriosa.

Vilken effekt har 3D-utskrift på design och tillverkningsprocesser?

En av de viktigaste aspekterna av 3D-utskrift är möjligheten att tillverka komplexa geometrier med liten om ingen kostnadstraff. Faktum är att 3D-tryckning ofta används för att göra produkter som är omöjliga att producera med hjälp av traditionella processer som formsprutning av plast. Designers utnyttjar denna geometriska flexibilitet genom att möjliggöra större och högre nivåer av produktdifferentiering. I slutändan behöver ingen 3DP-produkt någonsin vara densamma.

Denna batchproduktion med en enhetsenhet är också en övertygande drivkraft för tillverkningsgemenskapen. I det förflutna tillverkades ekonomin alltid på att producera tillräckliga komponenter för att täcka kostnaderna för anläggningstillgångar, såsom formverktyg. Men när du tar bort behovet av formverktygen förändras den ekonomiska modellen dramatiskt.

Processen med 3D-utskrift ger några verkliga fördelar vad gäller försörjningskedjan. Kan du förklara dessa fördelar?

3D-utskrift är inte bara en störande teknik som används för att ersätta gjutning, gjutning eller bearbetning. Det är en möjliggörande teknik som gör det möjligt för företagen att tänka annorlunda om sina försörjningskedjor, och ännu viktigare värdekedjan och interaktionen med kunderna inom sin verksamhet. Det finns egentligen sex huvudsakliga fördelar över hela värdekedjan som härrör från implementeringen av 3D-utskrift.

• Digital och verktygslös tillverkning - möjliggör ökade nivåer av produktvariation och mindre ekonomisk satsproduktion för att stödja specifika geografiska, demografiska eller sociala trender
• Utnyttja designfriheter - möjliggöra produktion av produkter med ökande nivåer av geometrisk komplexitet, med liten om ingen kostnadsstraff
• Aktivera produktpersonalisering - koppling av lågvolymproduktion i satsstorlekar av en med komplex geometri för att realisera individuella produkter
• Erbjuder nya erfarenheter i detaljhandeln - engagera konsumenten i produktdesignupplevelse genom att få tillgång till intuitiva programvaruverktyg eller 3D-skanning via online eller i butik.
• Adressera tillväxtmarknader - koppla produktpersonalisering med tillgång till detaljhandel för en åldrande och förändrad befolkning
• Gröna försörjningskedjan - minska lagerhållningen, mildra förpackningsavfall, minska logistik och minska tillverkningen CO2

I själva verket kan 3D-utskrift helt omorientera försörjningskedjan, eftersom den sätter konsumenten i både bakänden och den främre änden av kedjan. Konsumenterna kan delta i den ursprungliga produktdesignen, eller de kan beställa på begäran, med produkter som görs efter betalningsbyte. 3D-utskrift kan möjliggöra både en agil responsiv försörjningskedja, men också en som är lutad - vi kallar den legil tillverkning.

Vad är materialbegränsningarna för 3D-utskrift och vilka framsteg görs för att övervinna dessa begränsningar?

Som vi har sagt har vi fortfarande materialbegränsningar. Vissa är fysiska, vissa är ekonomiska, vissa är estetiska och vissa är miljövänliga. 3D-tryckprocesser strider fortfarande för att uppnå de mekaniska egenskaperna hos gjutna plastmaterial eller metalldelar bearbetade från fasta. Men det finns mycket arbete pågår i laboratorier och universitet runt om i världen för att utöka materialutbudet och förbättra det vi redan har.

Vi ser också att fler företag går in i materialförsörjningskedjan, vilket minskar kostnaden för råvaror, vilket givetvis påverkar ekonomin hos de slutliga producerade delarna. Vi ser också bättre färgdefinition och genomskinlighet, förbättrar delarnas estetik, tillsammans med mer hållbara material som gröna polymerer som Nylon 11 och PLA härledda från växter snarare än olja. Vi har fortfarande en lång väg att gå, men vi rör oss snabbt och går i rätt riktning.

Vilka är de viktigaste hindren för att 3D-utskrift blir en vanlig teknik?

Som vi har sagt material är ett problem, men detta kan mildras till viss del genom produktdesign.Ekonomien är också en fråga, eftersom produktion av 3D-tryckmaskiner och -material är relativt dyrt och relativt långsam, vilket gör de delar de producerar verkar dyrare än de som tillverkas av massproduktionstekniker. Men eftersom materialpriserna sjunker och produktiviteten ökar, blir ekonomin för 3D-utskrift mer acceptabel.

Den andra huvudbegränsningen är kunskap. Många företag förstår helt enkelt inte hur man använder 3D-utskrift eller var man ska placera den inom sin värdekedja. Deras nuvarande tillverkningskedja känns sårbar, deras produktdesigners förstår inte helt hur de utnyttjar de geometriska fördelarna och deras marknadsföringsfunktioner kämpar för att förstå hur man integrerar 3D-utskrift i kundens värdekedja. Jag antar att det är där vi kommer in som en konsultation som hjälper företag att förstå dessa problem, bedöma teknik, utveckla affärsfallet och genomföra i värdeflödet.

Med ankomsten av bärbara skrivbords 3D-skrivare har det pratats att vi snart kommer att få dessa i våra hem. Hur troligt är det här scenariot?

Jag har två 3D-skrivare i mitt hus och mina barn älskar dem. Men då har en företagare förmodligen en oddkista av två i garaget. Allvarligt har intresset för hem 3D-utskrift varit fenomenalt de senaste åren, liksom tillväxten i företag som gör maskiner för att betjäna marknaden. Förra gången vi räknade hittade vi över 40 företag runt om i världen och gjorde low-end, hem, konsumentskrivare. De flesta är baserade på samma öppen källdesign av extruderande smält polymer genom ett munstycke, men vissa använder andra metoder. Förra året såldes cirka 15 000 hemskrivare. Vi förväntar oss att numret ska vara närmare 60 000 i år (kanske mer). Så inte alla hem - bara än.

För närvarande används de flesta hemmaskiner av personer som är intresserade av tekniken eller är intresserade av produktdesign. Vi ser fler och fler människor att köpa då för att stödja sina hobbyer, oavsett om det är fjärrstyrda flygplansdelar eller till och med att göra skräddarsydda fiskebeslut. De är bra ur ett utbildnings perspektiv - ta en 3D-skrivare, lite cochineal matfärgning, ättika och bikarbonat av läsk och du har någonsin det bästa "klasserande" vulkanhemläxeprosjektet någonsin.

Vilka råd skulle du ge till entreprenörer som vill utforska 3D-utskrift som en potentiell affärsinvestering?

Du behöver veta din marknad, känna dina kunder och känna till dina färdigheter. Det finns många möjligheter över hela försörjningskedjan från att designa 3D-tryckta produkter, sälja dem online eller på high street, utveckla mjukvaruanslutningar för att låta andra engagera sig i designprocessen, formulera nya material eller för de med djupare fickor, sätta upp produktionskapacitet . För företag är nyckeln att förstå kundens upplevelse och värdet av tekniken. För vissa företag är 3D-utskrift en tyst enabler - vilket gör företagens liv enklare. För andra är 3D-utskrift "krok", anledningen till att produkten finns, differentieraren. När företag förstår hur 3D-utskrift kan ge värde, måste de förstå hur man använder det och när man ska använda det, men det är en annan historia.

Freshome skulle vilja tacka Dr Phil Reeves för hans expertkunskaper i världen av 3D-utskrift. Alla bilder som presenteras i denna artikel medger frihet att skapa