Лазерный мир

By Allen Nogee, President, Laser Markets Research

Я большой поклонник производства присадок или, как  часто называют, 3D-печать. Я сам владею тремя 3D-принтерами FDM (Fused Deposition Modeling), которые в основном автоматизированы для горячего клея, и это всего лишь хобби для меня, но добавочное производство начинает становиться очень потенциально разрушительной технологией, которую необходимо тщательно наблюдать и оценивать.

Когда дело доходит до лазеров, аддитивное производство и лазеры пересекаются каким-то интересным способом. Во-первых, во многих типах аддитивных производств используются различные типы лазеров в качестве компонентов в аддитивных печатающих устройствах. Но аддитивное производство может также потенциально вытеснить некоторые обычные (субтрактивные) процессы лазерного производства, которые используются сегодня. Многомиллиардный вопрос заключается в том, что в конечном итоге аддитивное производство будет лазеру другом или врагом?

Сегодня, по оценкам, во всем мире аддитивные промышленные продукты составляют только 0,05% мирового рынка, и менее 1% товаров, произведенных в Соединенных Штатах. Но давайте сосредоточимся только на лазерах. В этом году я прогнозировал, что мировой доход от лазерной обработки материалов достигнет 3,0 млрд. Долл. США по всему миру, и я полагаю, что 65 млн долл. будут получать доходы от лазеров, используемых для аддитивного производства. Это означает, что доля лазеров, используемых в производстве присадок, составляет всего 2,9% от общего количества лазеров во всем производстве в целом. Это очень обнадеживает, но не забывайте, когда вы говорите о лазерах, вы говорите о доходах от оборудования, не производящим доход, а так как аддитивное производство — совершенно новая технология, естественно, что новые затраты на оборудование относительно высоки, поэтому это не полное сравнение яблок с яблоками.

Хотя ясно, что в настоящее время лазеры играют очень важную роль в аддитивном производстве в целом, становится все труднее предсказать, что ожидается в будущем для лазеров. Отслеживание поставок трехмерных принтеров не является проблемой, поскольку там есть много хороших источников информации. Точно так же отслеживание содержания лазера на 3D-принтерах, использующих лазеры, также не очень сложно. Я говорю напрямую с компаниями, которые производят эти лазеры, и число этих компаний довольно невелико. Нет, это не проблемы, и у меня есть высокая уверенность в моих текущих данных прогноза лазера для аддитивного производства.

Какова реальная проблема, если смотреть вперед на аддитивное производство? Это то, что технология аддитивного производства быстро развивается, и на 100% не понятно, как все это выйдет из строя. Сегодня существуют две основные технологии производства присадок, которые используют лазер; 1) Стереолитография (SLA), где смола отверждается при воздействии источника света (иногда лазера) и 2) Селективного лазерного спекания (SLS) и его кузенов, где лазерный луч сканируется через слой порошка материала и сплавляется в твердый объект, слой за слоем.

SLA имеет относительно небольшую часть общего рынка, но его можно увидеть в некоторых популярных 3D-принтерах, таких как Form 2 из Form  Labs. Такие машины, как эти, обычно используют диодный лазер мощностью менее 1 Вт для затвердевания их смолы, но многие новые версии этих принтеров выключают УФ-лазер и вместо этого используют другой тип УФ-источника с драйвером цифровой обработки света (DLP), производящем  УФ-излучение. Есть даже некоторые проекты Kickstarter, которые отказываются от источника ультрафиолетового излучения и DLP, а вместо этого используют смартфон в качестве источника света для затвердевания смолы. Таким образом, SLA 3D-принтеры растут, но часто они не содержат лазер, а в будущем еще меньше.

Второй тип процесса производства присадок, где используется лазер, — в принтерах SLS. Эти принтеры стали крупным бизнесом и составляют почти все доходы от лазерного аддитивного производства. Некоторые компании, выпускающие эти принтеры, включают в себя 3D-системы, Stratasys, Materialize, Concept Laser и Trumpf. В этих принтерах один или несколько лазеров сканируют через слой порошка материала, и лазер плавит порошок в твердую деталь, слой за слоем. Как правило, эти принтеры содержат волоконно-оптический лазер мощностью от 10 Вт до более 1 кВт, а некоторые высокопроизводительные принтеры имеют два или четыре из этих лазеров. Эти принтеры обычно используются для изготовления металлических деталей, но части могут быть изготовлены практически из любого материала, который может быть расплавлен, включая нейлон, керамику и стекло.

Доходы от всех типов 3D-принтеров растут примерно на 20% в год, а доходы от лазерных принтеров для 3D-принтеров растут еще быстрее, но впереди еще несколько предостережений. Принтеры SLS очень дороги, а лазер имеет значительную долю затрат. Сканирование лазера может быть медленным процессом, поэтому некоторые принтеры SLS используют несколько лазеров для ускорения процесса. Реальная проблема заключается в том, что нет ничего, что гарантирует, что металлические и керамические 3D-принтеры будут содержать лазер в будущем. Поэтому, хотя я уверен , что производство металлических присадок растет не по дням, а по часам, я не уверен, что это всегда будет иметь место для лазеров, использующих в металлических принтерах.

Возьмите стартап, Desktop Metal. Эта компания представила металлический 3D-принтер, который начинает печатать металлические детали точно так же, как принтер FDM, используя металлическую нить. Затем детали запекаются в печи компании с использованием тепла и микроволн. Конечным результатом являются металлические детали, изготовленные быстрее, чем при использовании SLS, и на 10% стоимости, или компания утверждает, что процесс не использует лазер. Другие компании работают над 3D-принтерами, которые делают металлические детали с использованием инфракрасных ламп и  другие планы. Если эти новые процессы будут успешными, на самом деле пока неизвестно, но в ближайшее время эти процессы потребуют много лет, чтобы созреть. До тех пор многие компании вкладывают значительные средства в SLS, и технология будет в обозримом будущем. Совсем недавно GE, владеющая 75% Concept Laser, работала с компанией для производства принтера SLS с объемом сборки 0,8 м х 0,4 м х 0,5 м, самым большим объемом сборки в принтере SLS. Этот принтер использует 2-а  1KW волоконных лазеров. GE, наряду со многими другими компаниями, вкладывают значительные средства в аддитивное производство на основе лазеров, поэтому в обозримом будущем перспективность лазера выглядит великолепно.

За 5 или 10 лет рынок лазеров в аддитивном производстве немного туманнее, но с другой стороны, даже если лазеры не используются в аддитивном процессе производства, все же очень вероятно, что они будут использоваться в последующих  шагах обработки. Даже самые оптимистичные прогнозы аддитивного производства сегодня предполагают, что оно будет приниматься со временем, чтобы вытеснить даже небольшой кусок обычного производства, но это происходит, и пока нам всем нужно наслаждаться поездкой.

Источник:

https://www.lasermarketsresearch.com/merger-mania-continues-in-2017-but-all-are-not-equal/