Η τρισδιάστατη εκτύπωση αλλάζει ριζικά τον τρόπο κατασκευής σε όλους τους κλάδους της βιομηχανίας παγκοσμίως, εξαλείφοντας τα παραδοσιακά μοντέλα παραγωγής, προς όφελος των επιχειρήσεων, αλλά και της κοινωνίας.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση, γνωστή και ως προσθετική κατασκευή, είναι η διαδικασία δημιουργίας φυσικών αντικειμένων με την προσθήκη στρωμάτων υλικού και τη χρήση μηχανημάτων που ελέγχονται από υπολογιστή. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει μια σειρά πλεονεκτημάτων για τη βιομηχανική παραγωγή, όπως αύξηση της παραγωγικότητας, μείωση του κόστους και δυνατότητα κατασκευής εξατομικευμένων προϊόντων.
Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία της 3D εκτύπωσης εξαπλώνεται όλο και περισσότερο στον τομέα της βιομηχανίας. Σύμφωνα με έκθεση της Deloitte, το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς τρισδιάστατης εκτύπωσης πρόκειται να φτάσει τα $51,6 δισ. το 2026. Σε αντίστοιχες προβλέψεις καταλήγει και έκθεση της Lux Research, εκτιμώντας μέγεθος αγοράς άνω των $50 δισ. εντός της δεκαετίας. Η ανάπτυξη αυτή ενισχύεται από τη ζήτηση για εξατομικευμένα προϊόντα, καθώς επίσης και από την ανάγκη για ταχύτερη ανάπτυξη προϊόντων και μείωση του σχετικού κόστους.
Η δημιουργία πρωτοτύπων, η πλέον παραδοσιακή εφαρμογή της τεχνολογίας, αναμένεται να αυξηθεί από τα $4,4 δισ. σε σχεδόν $10 δισ. Ωστόσο, μεγαλύτερη ακόμα ανάπτυξη αναμένεται από τις άλλες δύο βασικές χρήσεις της 3D εκτύπωσης που αφορούν την κατασκευή καλουπιών και εργαλείων, καθώς το μέγεθος της αγοράς θα αυξηθεί από $5,2 δισ. το 2020 σε $21 δισ. έως το 2030. Η μεγαλύτερη ποσοστιαία αύξηση ωστόσο αφορά τα τελικά προϊόντα, καθώς η αγορά γι’ αυτά θα επταπλασιαστεί σε μέγεθος, φτάνοντας τα $19 δισ. το 2030.
Όσον αφορά στα πλεονεκτήματα της τρισδιάστατης εκτύπωσης, το πιο σημαντικό είναι η δυνατότητα κατασκευής πολύπλοκων γεωμετριών που θα ήταν ιδιαίτερα δύσκολο έως και αδύνατο να κατασκευαστούν με παραδοσιακές μεθόδους. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για νέες σχεδιαστικές δυνατότητες, επιτρέποντας στους κατασκευαστές να παράγουν μοναδικά και καινοτόμα προϊόντα. Για παράδειγμα, στην αεροναυπηγική βιομηχανία, η 3D εκτύπωση χρησιμοποιείται για την κατασκευή ελαφρών εξαρτημάτων με σύνθετη εσωτερική δομή, που βελτιώνουν την απόδοση των αεροπορικών κινητήρων και μειώνουν την κατανάλωση καυσίμου.
Ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα της 3D εκτύπωσης είναι η μείωση του κόστους. Οι συμβατικές διαδικασίες παραγωγής συχνά βασίζονται στη χρήση ακριβών εργαλείων και μηχανημάτων, γεγονός που μπορεί να δυσχεραίνει την είσοδο των μικρών επιχειρήσεων στην αγορά. Η 3D εκτύπωση εξαλείφει την ανάγκη χρήσης ακριβών εργαλείων και επιτρέπει στις βιομηχανίες να παράγουν εξαρτήματα κατά παραγγελία, μειώνοντας έτσι το κόστος της τήρησης αποθεμάτων, αλλά και τη σπατάλη υλικών. Επιπλέον, με τη 3D εκτύπωση οι βιομηχανίες μπορούν να παράγουν προϊόντα εσωτερικά (inhouse) και άρα να δαπανούν λιγότερα σε εξωτερικές αναθέσεις (outsourcing) και μεταφορικά έξοδα.
H 3D εκτύπωση επίσης δίνει τη δυνατότητα προσφοράς εξατομικευμένων λύσεων, που δεν θα ήταν διαθέσιμες με παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής. Με την τρισδιάστατη εκτύπωση οι βιομηχανίες μπορούν να παράγουν εξειδικευμένα προϊόντα για κάθε πελάτη ή μικρές παρτίδες προϊόντων με πολύ συγκεκριμένες προδιαγραφές. Αυτό αυξάνει την ικανοποίηση και την εμπιστοσύνη των πελατών στη βιομηχανία, δίνοντάς του ένα συγκριτικό πλεονέκτημα έναντι των ανταγωνιστών του.
Tάσεις για το 2023
Η τρισδιάστατη εκτύπωση δεν λειτουργεί εν κενώ. Έτσι, οι μακροοικονομικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες που επηρεάζουν το παγκόσμιο βιομηχανικό τοπίο θα πρέπει να εξετάζονται παράλληλα με τις τεχνολογικές εξελίξεις και τις τάσεις στον χώρο.
Στο 2023, η επανεκκίνηση της αγοράς στην Κίνα αναμένεται να είναι το πιο σημαντικό οικονομικό γεγονός της χρονιάς. Για τους περισσότερους, η χώρα παρέμεινε κλειστή επί σχεδόν τρία χρόνια. Ωστόσο, μετά το πρώτο τρίμηνο και την περίοδο της μετάβασης, το άνοιγμα του εμπορίου θα δώσει νέα ώθηση στο παγκόσμιο ΑΕΠ. Ωστόσο, οι μακροπρόθεσμες επιδράσεις των lockdown θα συνεχίσουν να είναι αισθητές και αρκετές από αυτές σχετίζονται άμεσα με τον κόσμο της τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Στην Κίνα, θα έχει ενδιαφέρον η πορεία και περαιτέρω ανάπτυξη εταιρειών όπως η Bright Laser Technology και η Farsoon, τόσο στην εγχώρια όσο και στη διεθνή αγορά. Το ερώτημα είναι αν οι κινεζικές επιχειρήσεις θα στραφούν στην τρισδιάστατη εκτύπωση και τι επίπτωση θα έχει η πιθανή ευρεία υιοθέτησή της από μια τόσο μεγάλη και επιδραστική οικονομία.Οι αναταραχές στην εφοδιαστική αλυσίδα που προκλήθηκαν από την πανδημία οδήγησαν στην επανεκτίμηση της τρισδιάστατης εκτύπωσης για σκοπούς κατανεμημένης και τοπικής παραγωγής. Στη Βόρεια Αμερική, η επαναβιομηχανοποίηση των ΗΠΑ, χάρις και στις νομοθετικές πρωτοβουλίες του 2022, είναι πιθανό να αποτελέσει παράγοντα εξελίξεων. Η πράξη για τη μείωση του πληθωρισμού (Infation Reduction Act) προορίζεται να εγκρίνει δαπάνες $393 δισ. για τις προσπάθειες απανθρακοποίησης και τη μάχη κατά της κλιματικής αλλαγής, ενώ με την πράξη CHIPS and Science Act, $280 δισ. διοχετεύονται για την ενίσχυση της έρευνας στο πεδίο της υψηλής τεχνολογίας και την ανάπτυξη της εγχώριας παραγωγής ημιαγωγών. Στην Ευρώπη από την άλλη πλευρά, και πιο συγκεκριμένα στη Γερμανία, η απανθρακοποίηση της βιομηχανίας, που υποστηρίζεται από προϋπολογισμό €177 δισ., φαίνεται να ανοίγει πολλές ευκαιρίες για την εφαρμογή λύσεων τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Όσον αφορά τώρα την εξέλιξη της ίδιας της βιομηχανίας της 3D εκτύπωσης, φαίνεται πως οι ενοποιήσεις και οι εξαγορές θα αποτελέσουν τη νέα τάση, καθώς οι εδραιωμένες εταιρείες θα προσπαθούν να διαφοροποιηθούν ή να επεκταθούν σε νέα πεδία της αγοράς.
Το 2023 αναμένεται να είναι χρονιά-ρεκόρ για την εγκατάσταση συστημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης, καθώς προχωρά εντατικά η επικύρωση των εφαρμογών σε τομείς με αυστηρά ρυθμιστικά πλαίσια, όπως είναι αυτός της υγείας και της αεροναυπηγικής. Η έννοια της «κλίμακας» εξακολουθεί να αποτελεί το ιερό δισκοπότηρο της 3D εκτύπωσης. Η μαζική παραγωγή θα συνεχίσει να είναι βασική επιδίωξη, και θα υποβοηθηθεί από τη χρήση συστημάτων τρισδιάστατης εκτύπωσης με μεγαλύτερη παραγωγικότητα, αυξημένη αξιοπιστία και βελτιωμένη επαναληψιμότητα.
Μια άλλη βασική τάση αφορά τη χρήση της τεχνητής νοημοσύνης στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Το ChatGPT καθώς και τα λογισμικά παραγωγής εικόνων όπως το Midjourney και DALL-E έχουν εξάψει τη φαντασία όλων μας, ενώ η ταχύτητα της εξέλιξής τους είναι τουλάχιστον εντυπωσιακή. Η Nvidia έχει παρουσιάσει εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης που παράγουν 3D μοντέλα αξιοποιώντας δεδομένα που λαμβάνουν από κείμενα.
Τι επιφυλάσσει το μέλλον της 3D εκτύπωσης;
Το μέλλον της τρισδιάστατης εκτύπωσης προδιαγράφεται λαμπρό, καθώς η τεχνολογία αυτή συνεχίζει να φέρνει επανάσταση σε νέες βιομηχανίες, ως μοχλός καινοτομίας. Ακολουθούν ορισμένες από τις εξελίξεις που περιμένουμε να δούμε στο μέλλον της 3D εκτύπωσης.
Αυξημένη υιοθέτηση: Καθώς η τρισδιάστατη εκτύπωση γίνεται προσβάσιμη και πιο οικονομική, αναμένεται ακόμα μεγαλύτερη υιοθέτησή της από διάφορους βιομηχανικούς τομείς. Η χρήση της τεχνολογίας θα εξαπλωθεί περαιτέρω, καθώς περισσότερες επιχειρήσεις θα ενσωματώνουν την 3D εκτύπωση στην παραγωγική τους διαδικασία.
Προηγμένα υλικά: Νέα υλικά αναπτύσσονται ώστε να χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση: μεταλλικά, κεραμικά και πολυμερή υλικά. Τα προηγμένα αυτά υλικά θα επιτρέψουν την παραγωγή πιο σύνθετων και πολύπλοκων εξαρτημάτων και προϊόντων.
3D εκτύπωση μεγάλης κλίμακας: Η δυνατότητα παραγωγής εκτυπωμένων αντικειμένων μεγάλης κλίμακας εξελίσσεται ραγδαία καθώς, για παράδειγμα, η NASA χρησιμοποιεί ήδη την 3D εκτύπωση για την κατασκευή πυραυλικών κινητήρων και άλλων μεγάλων εξαρτημάτων. Αυτό θα επιτρέψει την παραγωγή ολοένα και μεγαλύτερων και πιο σύνθετων προϊόντων, ακόμα και κτιρίων ή άλλων έργων υποδομής.
3D εκτύπωση στο διάστημα: Η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιείται ήδη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για τη δημιουργία εργαλείων και άλλων ειδών εξοπλισμού. Στο μέλλον, αναμένουμε την τεχνολογία της 3D εκτύπωσης να χρησιμοποιείται στην εξερεύνηση και τον αποικισμό του διαστήματος, καθώς επιτρέπει την παραγωγή αντικειμένων κατά παραγγελία, εξαλείφοντας την ανάγκη για αποστολές ανεφοδιασμού.
Ιατρικές εφαρμογές: Η τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιείται ήδη στον τομέα της ιατροτεχνολογικής βιομηχανίας για την παραγωγή εμφυτευμάτων, προσθετικών μελών και άλλων συσκευών. Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, περιμένουν να δούμε όργανα, ιστούς ή ακόμα και φάρμακα ως προϊόντα 3D εκτύπωσης.
Ενσωμάτωση της τεχνητής νοημοσύνης: Η τεχνητή νοημοσύνη ενσωματώνεται στην τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης, επιτρέποντας στα μηχανήματα να μαθαίνουν πάνω στην πράξη και να βελτιστοποιούν τη διαδικασία της εκτύπωσης. Αυτό θα παρέχει στις εκτυπώσεις μεγαλύτερη ακρίβεια, αποτελεσματικότητα και δυνατότητα εξατομίκευσης
Στα επόμενα χρόνια θα δούμε νέες λύσεις, ειδικά σχεδιασμένες για τη μαζική παραγωγή, που θα επιτρέψουν στους κατασκευαστές να βασίζονται στην τεχνολογία για να επιταχύνουν με την παραγωγική τους διαδικασία. Αυτό θα ενισχυθεί ακόμα περισσότερο από νέα λογισμικά, που συνδυάζουν τεχνολογίες εκτύπωσης και φινιρίσματος, με στόχο την αύξηση της παραγωγικότητας και την επίτευξη ιχνηλασιμότητας σε ένα αυστηρά ρυθμιζόμενο πλαίσιο.
Η 3D εκτύπωση μπορεί να έχει θετική επίδραση στο περιβάλλον
Πέρα από την αποτελεσματικότητα και τη χρήση ανακυκλωμένων υλικών, η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει πολλαπλές θετικές επιδράσεις στο περιβάλλον, όπως δυνητική μείωση των εκπομπών άνθρακα. Παράλληλα προσφέρει νέες τεχνολογίες περιβαλλοντικής παρακολούθησης και υλικά για πιθανές εναλλακτικές πηγές ενέργειες.
Μείωση των εκπομπών άνθρακα: Η μείωση των εκπομπών άνθρακα οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία παραγωγής και μεταφοράς των εκτυπωμένων προϊόντων χαρακτηρίζεται από υψηλότερους βαθμούς απόδοσης. Όλα τα προϊόντα παράγονται από ψηφιακά αρχεία αντί να μεταφέρονται οδικώς ή αεροπορικώς.
Ένα παράδειγμα έρχεται από την εταιρεία κατασκευής γεωργικών μηχανημάτων, John Deere. Η εταιρία έχει αναπτύξει ένα κατανεμημένο σύστημα παραγωγής ώστε τα διάφορα εργοστάσια να μπορούν να κατεβάζουν ψηφιακά σχέδια και να εκτυπώνουν αντικείμενα, αντί να τα παραγγέλνουν από κάποια κεντρική αποθήκη. Αυτό μειώνει τη σπατάλη υλικού και τα μεταφορικά και επομένως τις εκπομπές άνθρακα.
Ωστόσο, καλό είναι να έχουμε κατά νου πως παρά το γεγονός ότι η τεχνολογία της 3D εκτύπωσης έχει τη δυνατότητα να μειώσει τις εκπομπές CO2 και τη χρήση ενέργειας για βιομηχανικές διεργασίες, τα οφέλη της ενδέχεται να αντισταθμιστούν και επομένως να εξανεμιστούν από μια ενδεχόμενη αύξηση της παραγωγής υπό την επίδραση του λεγόμενου «rebound effect».
Νέες τεχνολογίες για την περιβαλλοντική παρακολούθηση: Με την τρισδιάστατη εκτύπωση είναι δυνατό να κατασκευαστούν εξαρτήματα για όργανα που χρησιμοποιούνται στην παρακολούθηση της ποιότητας του αέρα. Εδώ υπάρχει το παράδειγμα ενός νανο-περιβαλλοντικού συστήματος παρακολούθησης (nano Environmental Monitoring System ή nEMoS) που σχεδιάστηκε με χρήση εκτυπωμένων αισθητήρων μικρού κόστους.
Το σύστημα παρακολουθεί τη συγκέντρωση CO2, τα επίπεδα φωτισμού, την ταχύτητα του αέρα, την ακτινοβολούμενη θερμότητα, τη θερμοκρασία του αέρα καθώς και τη σχετική υγρασία. Υπό ελεγχόμενες συνθήκες, το nEMoS παρείχε ενδείξεις με απόκλιση 5% από αυτή των συμβατικών οργάνων.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία φίλτρων ή πλυντρίδων (scrubbers) για την απομάκρυνση των ρύπων. Πράγματι, έχει ήδη κατασκευαστεί ένα εύκαμπτο φίλτρο αέρος που απομακρύνει τα οξείδια του αζώτου από τον αέρα. Το προϊόν πετυχαίνει ποσοστό μετατροπής 52,6%, γεγονός που δημιουργεί αισιοδοξία για τον μελλοντικό καθαρισμό της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
Εναλλακτικές πηγές ενέργειας: Μια άλλη εφαρμογή της 3D εκτύπωσης είναι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Τμήματα κυψελών καυσίμου (fuel cells), ανεμογεννητριών και ηλιακών πάνελ με εκτυπωμένα εξαρτήματα έχουν ήδη δοκιμαστεί. Έχουν ήδη εκτυπωθεί τρισδιάστατα φωτοβολταϊκά στοιχεία, τα οποία μάλιστα επιτυγχάνουν μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα σε σχέση με τα τυποποιημένα, επίπεδα και στατικά ηλιακά πάνελ.
Επιπλέον, όσον αφορά στις ανεμογεννήτριες, χάρις στην τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης έχουν κατασκευαστεί πτερύγια με τη μορφή φύλλων φυτού, που μειώνουν την ανεμοπίεση. Μάλιστα, ανεμογεννήτριες μικρής κλίμακας που προορίζονται για οικιακή χρήση έχουν ήδη κατασκευαστεί εξ ολοκλήρου με τη βοήθεια της 3D εκτύπωσης.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση προσφέρει πλεονεκτήματα σε σχέση με την ταχύτητα, το κόστος και τη δυνατότητα κατασκευής ιδιαίτερα σύνθετων σχημάτων και σχεδίων, που μπορούν να αξιοποιηθούν σε πλήθος εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ενέργειας.
Συμπερασματικά, η τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης είχε ως τώρα έναν σημαντικό αντίκτυπο στον τομέα της βιομηχανικής παραγωγής. Η δυνατότητα της δημιουργίας σύνθετων γεωμετριών, η μείωση του κόστους και η προσφορά εξατομικευμένων λύσεων την καθιστούν πολύτιμο εργαλείο για τους κατασκευαστές. Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται, αναμένουμε ακόμα μεγαλύτερη διείσδυση στον τομέα της παραγωγής, καθώς και ανάδειξη νέων εφαρμογών σε άλλους τομείς της βιομηχανίας.
