Tehnologija aditiva: opis, definicija, karakteristike aplikacije i povratne informacije. Aditivne tehnologije u industriji

3D tehnologija štampe pojavila se 1986. godine, kada je kompanija 3D Systems razvila prvi specijalni štampač - mašinu za stereolitografiju koja se koristila u odbrambenoj industriji. Prvi uređaji bili su izuzetno skupi, a izbor materijala za kreiranje modela bio je ograničen. Brz razvoj 3D štampanja počeo je razvojem CAD (projektovanje, proračun i modeliranje (CAE) i mehaničke obrade (CAM) tehnologije. I danas je teško pronaći proizvodni prostor u kojem se ne koriste 3D štampači: uz njihovu pomoć napravljeni su delovi aviona, svemirskih vozila, podmornica, alata, proteza i implantata, nakita itd. Izgleda je očigledno - aditivna tehnologija će uskoro postati prioritetna inženjering tehnologija .

Vodeće zemlje svijeta su aktivno uključene u 3D trku. Tako je 2012. godine u Youngstownu, Ohio, otvoren Nacionalni institut za proizvodnju aditiva NAMII - prvi centar aditivnih tehnologija od petnaestak stvoren u SAD-u. Mašinski park Instituta već ima 10 aditivnih mašina, od kojih su tri najsavremenije mašine za stvaranje metalnih delova.

Terminologija i klasifikacija

Suština aditivnih tehnologija je povezivanje materijala za stvaranje objekata iz sloja podataka 3D modela po sloju. Na taj način se razlikuju od konvencionalnih tehnologija za oduzimanje proizvodnje, što podrazumijeva mehaničku obradu - uklanjanje materijala iz gredice.

Tehnologije aditiva su klasifikovane:

• O korišćenim materijalima (tečnost, ulja, polimer, metalni prah);
• Prisustvom lasera;
• Metodom fiksiranja sloja konstrukcije (termičko izlaganje, zračenje sa ultraljubičastim ili vidljivim svetlom, vezivo);
• Metodom formiranja sloja.

Postoje dva načina formiranja sloja. Prvo je da se prašni materijal prvo ulije na platformu, distribuira ga valjkom ili nožem kako bi se napravio ravnomjeran sloj materijala određene debljine. Postoji selektivan tretman praha sa laserom ili drugim postupkom povezivanja čestica praha (pomoću fiksiranja ili lepljenja) prema trenutnom poprečnom preseku CAD modela. Ravnica konstrukcije je nepromenjena, a neki od praha ostaju netaknuti. Ovaj metod se zove selektivna sinteza, kao i selektivno lasersko sinterovanje, ako je spojni alat laser. Druga metoda se sastoji u direktnom odlaganju materijala na mestu snabdevanja energijom.

ASTM, koji razvija industrijske standarde, podeljuje 3D aditivne tehnologije u 7 kategorija.

1. Ekstrudirati materijal. Materijal koji se nalazi na pasti se dovodi do gradilišta kroz zagrejani ekstruder, koji je mješavina veziva i metalnog praha. Izrađeni sirovi model se postavlja u pećnicu kako bi se uklonio vezivo i prašak prašine - baš kao u tradicionalnim tehnologijama. Ova dodatna tehnologija se primjenjuje pod brendovima MJS (Multiphase Jet Solidification, višefazni mlaz), FDM (Fused Model Deposition), FFF (Fabrication Fused Filament, proizvodnja fiksirajućim filamentima).
2. Prskanje materijala. Na primjer, u Polyjet tehnologiji, vosak ili fotopolimer na višenamenskoj glavi se napaja na gradilište. Ova dodatna tehnologija se takođe zove Multi Jetting Material.
3. Prskanje veziva. Ovo uključuje inkjet Ink-Jet tehnologiju za injektiranje u građevinskoj zoni nemodelskog materijala i reagens za vezivanje (dodatna tehnologija ExOne).
4. Spajanje materijala od lima. Građevinski materijal je polimerna folija, metalna folija, listovi papira itd. Koriste se, na primer, u tehnologiji ultrazvučne aditivne proizvodnje Fabrisonic. Tanke ploče od metala su ultrazvučno zavarene, nakon čega višak metala se uklanja frezanjem. Tehnologija aditiva se koristi u kombinaciji sa supstratom.
5. Fotopolimerizacija u kupatilu. Tehnologija koristi materijale tečnog modela - fotopolimerne smole. Primjer je SLA tehnologija iz 3D sistema i DLP tehnologije iz kompanije Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Taljenje materijala u prethodno formiranom sloju. Koristi se u SLS tehnologijama, koristeći kao izvor energetske laserske ili termičke glave (SHS kompanija Blueprinter).
7. Direktno snabdevanje energijom na gradilištu. Materijal i energija za njegovo topljenje istovremeno ulaze u gradilište. Kao radno tijelo koristi se glava, opremljena sistemom za snabdevanje energijom i materijalom. Energija dolazi u obliku koncentrisanog elektronskog zraka (Sciaky) ili laserskog zraka (POM, Optomec,). Ponekad je glava instalirana na "ruku" robota.

Ova klasifikacija pokazuje mnogo više o suptilnosti aditivnih tehnologija od prethodnih.

Aplikacije

Tržište aditivnih tehnologija u dinamici razvoja je ispred drugih industrija. Prosečan godišnji rast procenjuje se na 27%, a prema IDC-u, do 2019. godine iznosiće 26,7 milijardi američkih dolara, u poređenju sa 11 milijardi u 2015. godini.

Međutim, AT-tržište tek treba da otkrije neiskorišteni potencijal u sferi proizvodnje potrošnih dobara. Do prototipova se troši do 10% sredstava kompanija iz troškova proizvodnje robe. I mnoge kompanije već su zauzele ovaj segment tržišta. Ali preostalih 90% ulazi u proizvodnju, pa će stvaranje aplikacija za brzo proizvodnju robe biti glavni pravac razvoja ove industrije u budućnosti.

U 2014. godini udeo brzih prototipova na tržištu aditivnih tehnologija, iako je smanjen, i dalje je najveći - 35%, udeo brze proizvodnje porastao i dostigao 31%, učešće u kreiranju alata je ostalo na 25%, ostalo je istraživanje i obrazovanje.

Po granama privrede aplikacija AT-tehnologija distribuirana je na sljedeći način:

• 21% - proizvodnja robe široke potrošnje i elektronike;
• 20% - proizvodnja automobila;
• 15% - medicina, uključujući stomatologiju;
• 12% - građevinarstvo vazduhoplova i svemirska industrija;
• 11% - proizvodnja sredstava proizvodnje;
• 8% - vojna oprema;
• 8% - obrazovanje;
• 3% - izgradnja.

Ljubitelji i profesionalci

Tržište AT-tehnologija je podeljeno na amaterske i profesionalne. Amatersko tržište uključuje 3D štampače i njihovu uslugu, koja uključuje usluge, snabdevanje, softver i dizajnirana je za pojedinačne entuzijaste, edukaciju i vizuelizaciju ideja i olakšavaju komunikaciju u početnoj fazi razvoja novog posla.

Profesionalni 3D štampači su skupi i pogodni za produženu reprodukciju. Imaju veliku građevinsku zonu, produktivnost, tačnost, pouzdanost, prošireni asortiman modela materijala. Ove mašine su reda veličine komplikovanije i zahtevaju ovladavanje specijalnim vještinama rada s samim uređajima, uz pomoć modela materijala i softvera. Po pravilu, specijalista u aditivnim tehnologijama sa višim tehničkim obrazovanjem postaje operater profesionalne mašine.

Aditivne tehnologije 2015. godine

Prema izvještaju Wohlers 2015, od 1988. do 2014. godine instalirano je 79.602 industrijskih 3D štampača širom svijeta. Istovremeno, 38,1% uređaja koji koštaju više od 5 hiljada američkih dolara činili su SAD, 9,3% za Japan, 9,2% za Kinu i 8,7% za Njemačku. Ostatak svijeta je na značajnoj udaljenosti od lidera. Od 2007. do 2014. godišnja prodaja desktop štampača porasla je sa 66 na 139.584 uređaja. U 2014. godini 91,6% prodaje je predstavljalo desktop štampače i 8,4% - za proizvodne objekte za proizvodnju aditiva, čiji profit je, međutim, iznosio 86,6% od ukupnog iznosa, ili 1,12 milijardi dolara Apsolutni izraz. Stolne mašine su zadovoljne sa 173,2 miliona dolara i 13,4%. Očekuje se da će se prodaja u 2016. godini povećati na 7,3 milijarde američkih dolara, u 2018. godini - 12,7 milijardi, a 2020. godine tržište će dostići 21,2 milijarde dolara.

Prema Wohlers-u, prevladava FDM tehnologija, koja broji oko 300 brendova širom svijeta, a dnevno se dopunjavaju novim modifikacijama. Neke od njih se prodaju samo lokalno, tako da je vrlo teško, ako je uopće moguće, pronaći informacije o broju brendova proizvedenih od strane 3D štampača. Sa povjerenjem možemo reći da se njihov broj na tržištu svakodnevno povećava. Postoji široka raznolikost u veličinama i tehnologijama koje se koriste. Na primjer, britanska kompanija BigRep proizvodi veliki FDM štampač nazvan BigRep ONE.2 po cijeni od 36 hiljada evra, sposoban da štampa objekte do 900 x 1055 x 1100 mm sa rezolucijom od 100-1000 mikrona, dva ekstrudera i mogućnost korištenja različitih materijala.

Industrija - za

Avio industrija u velikoj mjeri ulaže u aditivnu proizvodnju. Korišćenje aditivnih tehnologija će smanjiti potrošnju materijala koji se koriste za proizvodnju dijelova za faktor od 10. Očekuje se da će kompanija GE Aviation godišnje štampati 40 hiljada injektora. A do 2018. godine Airbus će štampati do 30 tona delova svakog meseca. Kompanija beleži značajan napredak u karakteristikama proizvedenih dijelova na ovaj način u poređenju sa tradicionalnim. Ispostavilo se da je nosač, koji je dizajniran za 2,3 tone opterećenja, u stvari mogao da izdrži opterećenja do 14 tona, a smanjuje svoju težinu za pola. Osim toga, kompanija štampa delove od aluminijumskih ploča i konektora za gorivo. U Airbusu je na Fortus 3D štampačima iz Stratasys-a štampano 60 hiljada delova. Druge vazduhoplovne kompanije takođe koriste aditivne tehnologije proizvodnje. Među njima su Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce i SpaceX.

Digitalne aditivne tehnologije već se koriste u proizvodnji različitih potrošačkih proizvoda. Materijali, dodatna proizvodna služba, sarađuje sa Hoet Eyeware-om u proizvodnji očiju za vid i sunčane naočare. 3D-modele pružaju različite usluge oblaka. Samo 3D Warehouse i Sketchup nudi 2.7 miliona uzoraka. Modna industrija je takođe na marginama. RS Print koristi sistem koji meri pritisak đona za štampanje pojedinačnih ulošaka. Dizajneri eksperimentišu sa bikinijem, cipelama i haljinama.

Brz prototip

Brzo prototipiranje podrazumijeva stvaranje prototipnog proizvoda u najkraćem mogućem roku. To je jedna od glavnih primena tehnologija aditivne proizvodnje. Prototip je prototip proizvoda potreban za optimizaciju oblika dela, procjenu njegove ergonomije, provjeru izvodljivosti montaže i ispravnost rješenja rasporeda. Zato smanjenje vremena proizvodnje dela omogućava značajno smanjenje vremena razvoja. Takođe, prototip može biti model dizajniran za izvođenje aerodinamičkih i hidrodinamičkih ispitivanja ili provjeru funkcionalnosti dijelova stambene i kućne opreme i medicinske opreme. Mnogi prototipi su kreirani kao modeli dizajna pretraživanja s nijansama u konfiguraciji, bojama boje i sl. Za korištenje brzih prototipova korišteni su jeftini 3D štampači.

Brza proizvodnja

Aditivne tehnologije u industriji imaju velike perspektive. Mala proizvodnja proizvoda sa složenom geometrijom i specifičnih materijala česta je u brodogradnji, elektroenergetici, rekonstruktivnoj hirurgiji i stomatološkoj medicini i aerospace industriji. Direktno gajenje metalnih proizvoda ovde motiviše ekonomska svrsishodnost, pošto je ovaj način proizvodnje bio jeftiniji. Uz upotrebu aditivnih tehnologija, izrađuju se radna tela turbina i osovina, implantata i endoproteza, rezervnih delova za automobile i avione.

Razvoj brze proizvodnje olakšao je i značajno povećanje broja raspoloživih materijala od metala u prahu. Ako je u 2000. godini bilo 5-6 vrsta praha, sada se nudi široka nomenklatura, izračunata u desetinama kompozicija od strukturnih čelika do plemenitih metala i legura otpornih na toplotu.

Napredne i aditivne tehnologije u mašinstvu, gde se mogu koristiti u proizvodnji alata i Uređaji za serijsku proizvodnju - umetci za termoplastične automate, kalupe, šablone.

Ultimaker 2 - najbolji 3D štampač u 2016

Prema magazinu CHIP, koji je testirao i uporedio karakteristike kućnih 3D štampača, najbolji štampači 2016. godine su Ultimaker 2 modeli iz Ultimaker 2, Conrad's Reniforce RF1000 i MakerBot's Replicator Desktop 3D Printer.

Ultimaker 2+ u poboljšanom modelu koristi tehnologiju modeliranja fusiranjem. 3D štampač ima najmanju debljinu sloja od 0,02 mm, kratko vreme izračunavanja, nisku cenu štampanja (2600 rubalja po 1 kg materijala). Ključne karakteristike:

• Veličina radne komore je 223 x 223 x 305 mm;
• Težina - 12,3 kg;
• Veličina glave - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• Temperatura glave - 180-260 ° C;
• Rezolucija sloja je 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikrona;
• Brzina štampanja - 8-24 mm ³ / s;
• Tačnost XYZ - 12,5-12,55 mikrona;
• Materijal - PLA, ABS, CPE prečnika 2.85 mm;
• Softver - Cura;
• Podržani tipovi datoteka - STL, OBJ, AMF;
• Potrošnja energije - 221 W;
• Cijena - osnovni model 1 895 eura i napredni 2 495 eura.

Prema kupcima, štampač se lako instalira i koristi. Oni primećuju visoku rezoluciju, samoregulirajući krevet, širok spektar korišćenih materijala, korišćenje softvera otvorenog koda. Nedostaci štampača uključuju otvoreni dizajn štampača, što može dovesti do opekotina sa vrućim materijalom.

LulzBot Mini 3D štampač

U pregledu časopisa PC Magazine Ultimaker 2 i Replicator Desktop 3D Printer također su među prvih tri, ali na prvom mestu je bio štampač LulzBot Mini 3D štampač. Njene specifikacije su sledeće:

• Veličina radne komore je 152 x 152 x 158 mm;
• Težina - 8,55 kg;
• Temperatura glave - 300 ° C;
• Debljina sloja je 0,05-0,5 mm;
• Brzina štampe - 275 mm / s na visini sloja 0,18 mm;
• Materijal - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliester, najlon, polikarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS itd. Prečnika 3 mm;
• Softver - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl, itd .;
• Potrošnja električne energije - 300 W;
• Cijena - 1.250 američkih dolara.

Sciaky EBAM 300

Jedan od najboljih industrijskih mašina aditivna proizvodnja je EBAM 300 kompanija Sciaky. Elektronskog topa uzrokuje metalna sloja brzinom do 9 kg na sat.

• veličinu radne komore - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• pritiskom vakuum komore - 1x10 ^-4 Torr;
• potrošnja energije - do 42 kW pri naponu od 60 kV;
• tehnologija - ekstruzija;
• materijal - titana i legura titana, tantala, inconel, volfram, niobij, od nehrđajućeg čelika, aluminija, čelika, bakra i nikla (70/30 i 30/70);
• maksimalni iznos - 8605,2 litara;
• Cijena - 250 hiljada američkih dolara ..

Aditiv tehnologije u Rusiji

mašine Industrijske razreda u Rusiji se ne proizvode. A samo se razvija u "Rosatom", laserski centar MSTU. Bauman Univerzitet "STANKIN" Polytechnic University of St. Petersburgu, Uralski federalni Univerziteta. "Voronezhselimmash", proizvodeći edukativne i domaći 3D printera "Alfa", razvija biljka komercijalne aditiva.

Ista situacija sa zalihama. Lider razvoja prah i prah formulacija u Rusiji je VIAM. Oni proizveo prašak za aditiv tehnologije se koriste u obnovu lopatica turbine, po nalogu perma "avionskih motora». Napredak je i na All-ruskog Instituta lakih legura (kotača). Kretanja su različiti inženjerskih centara širom Ruske Federacije. "Rostec", Ural ogranka Ruske akademije nauka, UFU dovesti njihov razvoj. Ali ipak nisu u stanju zadovoljiti čak i mali potražnje od 20 tona praha godišnje.

U tom smislu, Vlada zadužila Ministarstvo obrazovanja, Ministarstvo za ekonomski razvoj, Ministarstvo industrije, Ministarstvo komunikacija, Ruske akademije nauka, Fano, "Roskosmos", "Rosatom", "Rosstandart" razvojnih institucija da uspostave koordinirani program razvoja i istraživanja. Za predloženo je da se izdvoji dodatnih budžetskih sredstava, kao i da se razmotri mogućnost sufinansiranja na račun Fonda nacionalnog blagostanja i drugih izvora. Preporučuje se da se podrži nove proizvodne tehnologije, u Vol. H. Osim toga, Mers "Rosnano" Fond "Skolkovo", izvoz agencija "EXIAR", "Vnesheconombank". Vlada je također zastupa Ministarstvo industrije i trgovine će pripremiti dio državnog programa za razvoj i unapređenje industrijske konkurentnosti.