Additive Manufacturing
Akoestische monitoring – is dit de sleutel tot het commercialiseren van lasergebaseerde additieve productie?
Securities.io hanteert strenge redactionele normen en kan een vergoeding ontvangen voor beoordeelde links. Wij zijn geen geregistreerde beleggingsadviseur en dit is geen beleggingsadvies. Bekijk onze affiliate openbaarmaking.

De markt voor additive manufacturing is in opkomst. Als schattingen van industrieonderzoek Uit cijfers blijkt dat de mondiale markt voor additieve productie van metalen en polymeren, met een waardering van 7.17 miljard euro in 2020, naar verwachting zal groeien tot 19.23 miljard euro in 2026. Dit groeitraject duidt op een bijna verdrievoudiging binnen een tijdsbestek van zes jaar.
Een verscheidenheid aan industrieën maakt gebruik van additieve productie om hun productiedoelen te bereiken. Uit rapporten blijkt dat de lucht- en ruimtevaart-, turbine- en helikoptersector het voortouw nemen en het grootste aandeel innemen. Dit wordt op de voet gevolgd door een aanzienlijke adoptie binnen de medische industrie.
Met de groeiende omvang van de markt en een steeds groter wordend scala aan toepassingen is de additieve productie uitgebreid gediversifieerd, zowel qua vorm als qua toepasbaarheid. Een opmerkelijke ontwikkeling op dit gebied is lasergebaseerde additive manufacturing. In de volgende secties zullen we dieper ingaan op het commerciële potentieel ervan en de belangrijke rol die akoestische monitoring zou kunnen spelen in de succesvolle toepassing ervan.
Voordat we deze aspecten echter dieper onderzoeken, is het belangrijk om eerst te begrijpen wat lasergebaseerde additieve productie eigenlijk inhoudt.
Wat is lasergebaseerde additieve productie?
Ocuco's Medewerkers MIT Sloan School of Management definieert additive manufacturing als het “proces waarbij een object wordt gemaakt door het laag voor laag op te bouwen. Het is het tegenovergestelde van subtractieve productie, waarbij een object wordt gecreëerd door een massief blok materiaal weg te snijden totdat het eindproduct compleet is.”
Per definitie kan additieve productie elk proces betekenen waarbij een product wordt gecreëerd door iets op te bouwen. Maar in de praktijk verwijst het naar driedimensionaal printen.
Als we naar de geschiedenis van 3D-printen kijken, begon deze in 1977 toen Wyn Kelly Swainson het gerichte gebruik van laser patenteerde op een bakje ondergedompeld in vloeibaar plastic, met daarop een laag vast plastic. In 1999 hebben onderzoekers van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine een blaas in 3D geprint. Het bleek het eerste 3D-geprinte orgel in de menselijke geschiedenis te zijn. Het eerste functionele 3D-geprinte meubilair ontstond in 2005. Een grootschaliger industrieel gebruik van 3D-printen vond plaats toen Boeing zijn door de FAA goedgekeurde 3D-geprinte titanium onderdelen voor de 787 Dreamliner lanceerde.
Sinds het allereerste begin van additive manufacturing zijn lasers een cruciaal onderdeel geweest. Lasersystemen Europa, een in Cambridgeshire gevestigde publicatie voor integrators en gebruikers van industriële lasersystemen voor materiaalverwerking, definieert laser additive manufacturing als een proces waarbij “een laserstraal wordt gebruikt om opeenvolgende lagen draad of poedermateriaal samen te smelten of te smelten om een 3D-object te creëren. ”
De technologie is van toepassing op een reeks materialen, waaronder zeer sterke metaallegeringen tot thermoplastische kunststoffen en harsen. Het is in staat om complexe vormen met een aanzienlijke mate van precisie te creëren.
Naarmate de technologie vordert, zullen lasers een rol gaan spelen belangrijke rol bij het vormgeven van onze toekomst. De toepassing ervan is ruimschoots te vinden op het gebied van communicatie, defensie, gezondheidszorg, schone energie/kernfusie en meer. Hetzelfde is het geval met lasergebaseerde additieve productie, omdat ook deze uiteenlopende toepassingen en vele voordelen kent.
Typen en voordelen van lasergebaseerde additieve productie
Op laser gebaseerde additieve productie kan van verschillende typen zijn, waaronder poederbedfusie, directe energiedepositie, materiaaljetting, plaatlaminering en stereolithografie.
Een van de meest bepalende voordelen ligt in het vermogen om complexe structuren met geoptimaliseerde geometrieën te helpen creëren. Conventionele technieken voor additieve productie slagen er niet in dit precisieniveau te bereiken.
De precisie die lasergebaseerde additieve productie te bieden heeft, helpt de noodzaak van nabewerking te verminderen. Het brengt materiaalverspilling tot een minimum terug en vermindert het energieverbruik drastisch in vergelijking met wat traditionele productieprocessen nodig hebben.
Lasergebaseerde additieve productieprocessen zijn eenvoudig te automatiseren en aan te passen aan de exacte behoefte. De nauwkeurigheid en automatiseringseigenschappen van de methode komen samen om het een efficiënte oplossing te maken voor snelle prototyping tegen aanzienlijk lagere kosten.
Omdat op laser gebaseerde additieve productie geen montage vereist, kan deze exact volgens de vraag worden gemaakt, waarbij het proces alleen de noodzakelijke materialen gebruikt, zonder overdaad of verspilling. Het komt ook ons milieu ten goede door de COXNUMX-voetafdruk te verkleinen die wordt gegenereerd door inspanningen op het gebied van logistiek, transport en afvalbeheer.
Lasergebaseerde toepassingsgebieden voor additieve productie
De toepassing van laser-additieve productie heeft een grote reikwijdte. In de lucht- en ruimtevaartindustrie speelt het bijvoorbeeld een belangrijke rol bij het creëren van onderdelen die zowel goed presteren als lichtgewicht zijn. De voordelen van deze technologie strekken zich ook uit tot de auto-industrie, waar deze wordt gebruikt voor de productie van essentiële componenten voor motoren, transmissies, uitlaatsystemen en remmen.
Bovendien speelt laseradditieve productie een belangrijke rol in de gezondheidszorg, met name bij het vervaardigen van patiëntspecifieke complexe ontwerpen. Dit omvat een reeks prothetische oplossingen zoals heup- en knie-implantaten en tandheelkundige implantaten.
Op het gebied van de elektronica wordt de precisie van laser-additieve productie benut om zeer nauwkeurige PCB's te maken. Deze precisie maakt de productie mogelijk van elektronische producten met fijnere kenmerken, waaronder antennes, sensoren en transistors.
Het potentieel van de technologie komt ook duidelijk tot uiting in de toepassing ervan bij de productie van micro-elektromechanische systemen (MEMS). Hier vergemakkelijkt het de creatie van ingewikkelde componenten zoals versnellingsmeters en gyroscopen.
In de energiesector blijkt laser-additive manufacturing gunstig voor de reparatie van gas- en windturbineonderdelen. Het speelt ook een cruciale rol bij de productie van componenten zoals waaiers, kleppen en warmtewisselaars. Maar ondanks het veelzijdige gebruikspotentieel van laseradditieve productie, is het nog niet voldoende gecommercialiseerd.
Laser Additive Manufacturing: gebrek aan commercialisering
Een onderzoek uit 2016 verdiepte zich in de empirische analyse van de commercialiseringsniveaus van laseradditieve productie. Dit onderzoek schatte de omvang van de mondiale industriële lasermarkt, die alle laserbronnen omvat, in US $ 3.3 miljard. En binnen deze uitgebreide markt vertegenwoordigden additieve laserbronnen een deel van slechts 100 miljoen dollar. Percentagesgewijs vormden laserbronnen slechts 3% van de totale marktwaarde.
De cijfers kunnen ook worden bevestigd door kwalitatieve informatie uit bronnen uit de sector. In de lucht- en ruimtevaartindustrie zorgde de regelgeving er bijvoorbeeld voor dat het gebruik van laser-additive manufacturing grotendeels beperkt bleef tot prototyping en niet kon worden ingezet in commerciële vliegtuigen. Op dezelfde manier is in de auto-industrie het gecertificeerde gebruik van laser-additive manufacturing-onderdelen pas onlangs begonnen.
De aanstaande groei van laser-additive manufacturing zou daarom afhankelijk zijn van de toepassing ervan in grote productie-industrieën. Bovendien zou het moeten worden gevoed door innovaties, waarbij het potentieel ervan prominenter dan voorheen tot uiting zou moeten komen.
Akoestische monitoring: een gamechanger voor de productie van laseradditieven
Een belangrijke reden waarom lasergebaseerde additieve productie niet het momentum heeft opgepikt dat het zou kunnen hebben, houdt verband met de uitdaging van onverwachte defecten. Deze defecten zijn vaak niet detecteerbaar met traditionele methoden, zoals thermische beeldvorming en machine learning-algoritmen.
Daarom is de mogelijkheid om defecten in realtime efficiënt te detecteren cruciaal. Deze mogelijkheid kan laseradditieve productie aanzienlijk helpen bij het realiseren van het ware commerciële potentieel ervan.
Om het in het kort uit te leggen: de akoestische monitoringmethode voor het detecteren van defecten bij laser-additive manufacturing is een realtime oplossing die werkt op het verschil in het geluid dat de printer maakt tijdens een perfecte print en een print met gebreken en onregelmatigheden.
Terwijl hij sprak over de relevantie van akoestische monitoring als middel om defecten in laseradditieve productie op te sporen, zei professor Roland Loge, hoofd van het Laboratorium voor Thermomechanische Metallurgie, EPFL's School of Engineering:
“Ons onderzoek bevestigt niet alleen de relevantie ervan, maar onderstreept ook het voordeel ervan ten opzichte van traditionele methoden.”
Het proces is kosteneffectief, vooral als het gaat om de kwaliteitsverbetering van producten gemaakt via Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Bij het Laser Powder Bed Fusion-proces wordt een laag poeder over een bouwplatform verspreid. De laserstraal wordt vervolgens gebruikt om het poeder selectief op specifieke gebieden te smelten. Nadat de versmelting voltooid is, wat resulteert in een stevig object, wordt er weer een nieuwe laag poeder overheen verspreid om het proces te herhalen. Deze laag-voor-laag herhaling gaat door totdat het eindproduct is bereikt.
Klik hier voor de lijst met de beste additieve productie- en 3D-printvoorraden.
De technologie van defectdetectie door middel van akoestische monitoring
Het EPFL-team bedacht het ontwerp in samenwerking met het Paul Scherrer Instituut (PSI) en de Zwitserse Federale Laboratoria voor Materiaalwetenschappen en Technologie (Empa).
Om hun doel te bereiken, zette het team ultragevoelige microfoons in de drukkamer in. Deze microfoons hielpen bij het vaststellen van duidelijke verschuivingen in het akoestische signaal tijdens regimeveranderingen, en uiteindelijk hielpen ze bij het identificeren van fabricagefouten.
Het onderzoek bracht waarde op het gebied van laser-additieve productie, omdat onderzoekers geloven dat hun bevindingen een aanzienlijke impact zullen hebben op de industriële toepassingen van laser-additieve productie, inclusief de gebieden van lucht- en ruimtevaart en precisieproductie.
Als we kijken naar de bredere implicaties, bieden veel bedrijven die zich bezighouden met laseradditieve productie een verscheidenheid aan producten en oplossingen. Deze bedrijven zijn nu klaar om het onderzoek verder te onderzoeken en de voordelen in hun processen te integreren. En in de volgende segmenten zullen we kijken naar enkele van deze innovatieve en toonaangevende spelers op het gebied van laseradditieve productie.
Topbedrijven die lasergebaseerde additieve productie commercialiseren
#1. IPG Fotonica Corporation
Twee van de laser-additieve productieprocessen gebruik IPG-lasers: LMD of Laser Metal Deposition en SLM of Selective Laser Melting. Terwijl SLM een belangrijke rol speelt bij het produceren van volledig dichte metalen onderdelen met verbeterde mechanische eigenschappen, maakt het LMD-proces gebruik van een mondstuk om poeder coaxiaal in de gefocusseerde laserspot te voeren, waardoor de productie van volledig dichte functionele metalen componenten wordt vergemakkelijkt.
Bij het verbeteren van deze processen spelen IPG-fiberlasers een cruciale rol. Ze zijn van cruciaal belang bij de ontwikkeling van systemen en processen die een snellere poederopbouw of poederafzetting bereiken, vooral bij vermogensniveaus van meerdere kilowatt.
Het assortiment materialen dat compatibel is met het laser-additieve productieproces van IPG is bijzonder divers, inclusief, maar niet beperkt tot:
- polymeren
- CoCr
- Aluminium
- Ti legeringen
- RVS
- Gereedschapsstaal
IPG Fotonica Corporation (IPGP + 0.75%)
Als bewijs voor het succes van deze technologische vooruitgang rapporteerde IPG Photonics Corporation sterke financiële resultaten voor het jaar dat eindigde op 31 december 2022. Het bedrijf boekte een omzet van meer dan US$ 1.4 miljard, met een nettowinst per gewoon aandeel (basis) van US$ 2.17 die kan worden toegeschreven aan IPG Photonics Corporation.
#2. Lasersmeltinnovaties (LMI)
Een innovatieve laser-additieve productie leverancier van oplossingen, LMI, werkt met de visie om de technologie toegankelijk te maken voor bedrijven van alle soorten en maten.
Het vlaggenschipproduct, de Alpha 140, maakt gebruik van een luchtgekoelde fiberlaser met een vermogen van 200 W, compatibel met de verwerking van roestvrij staal, nikkellegeringen, gereedschapsstaallegeringen en aluminiumlegeringen. De focusdiameter van 140 µm zorgt voor nauwkeurige afdrukken met fijne details en dunne wanden. Het door een spindel aangedreven assysteem zorgt voor een hoge positionering en herhaalnauwkeurigheid.
De afmetingen van 1.75 x 0.95 m van het systeem zorgen voor ruimte-efficiëntie in zowel omgevingen als onderzoekslaboratoria. Componenten geproduceerd door de Alpha 140 zijn qua sterkte en dichtheid vergelijkbaar met die geproduceerd door de conventionele LPBF-machines.
LMI werd opgericht in 1996 en ging in 2020 een samenwerking aan met Kurtz Ersa, een machinebouwer die ook additieve productieoplossingen biedt aan sectoren zoals de automobiel-, medische en lucht- en ruimtevaart. Samen brengen ze de Alpha 140 op de markt via het wereldwijde distributienetwerk van Kurtz Ersa, met 24-uursservice.
#3. Prima additief
Prima Additive, een divisie van de Prima Industries-spa, biedt Laserpoederbedfusie (LPBF) of Selective Laser Melting-oplossingen die gebruik maken van de thermische energie van de laser om de sectie van een object te versmelten met een laag metaalpoeder.
De prima additieve laseroplossingen blijken effectief bij het werken aan complexe geometrieën, kleine batchproductiesystemen en prototypes. Het heeft in totaal vijf oplossingen.
De Print Sharp 150 is effectief in R&D-toepassingen voor het verwerken van een verscheidenheid aan materialen, zoals staal-, aluminium-, nikkel-, titanium- en kobaltchroomlegeringen.
De Print Genius 150, die overstapt op een ander model, onderscheidt zich door de veelzijdigheid van zijn multi-lasertechnologie. De Print Green 150-variant maakt daarentegen gebruik van een groene laser, die vooral handig is voor het verwerken van puur koper, koperlegeringen en sterk reflecterende materialen.
En voor grootschaliger activiteiten is de 300 Family-oplossing perfect geschikt. Het is ontworpen voor scenario's met hoge productiviteit en is ideaal voor de productie van middelgrote en grote componenten.
Tenslotte biedt de Print Genius 400 een sterk geautomatiseerde mogelijkheid voor het produceren van grote componenten tot 1 meter hoog.
Wat de omzet betreft boekte Prima Industries Spa, het moederbedrijf van Prima Additives, winst een netto-inkomsten van ruim 327 miljoen euro voor de negen maanden eindigend op 30 september 2022. Dit was een aanzienlijke stijging ten opzichte van de omzet van ruim 281 miljoen euro die werd geregistreerd voor de negen maanden eindigend op 30 september 2021.
De toekomst van laseradditieve productie met akoestische monitoring en meer
Nu de innovaties voortduren, is het slechts een kwestie van tijd voordat laseren zal plaatsvinden additive manufacturing bereikt zijn ware commerciële potentieel. In de tussentijd speelt akoestische monitoring een cruciale rol. Deze technologie zal bijdragen aan het consistenter maken van productietechnieken. Door defecten in een vroeg stadium op te sporen en de correctie ervan te vergemakkelijken, is het bedrijf klaar om de productkwaliteit in de nabije toekomst aanzienlijk te verbeteren.