Tecnologías adaptativas en la industria. Fabricación aditiva (AM). Tecnologías aditivas en educación
Impresión
Piezas y materiales
Tecnologías aditivas en la industria rusa
Las tecnologías AF son un vínculo eficaz en la producción moderna
Las tecnologías aditivas (AF - Fabricación aditiva), o tecnologías de síntesis capa por capa, son hoy en día una de las áreas de producción "digital" con mayor desarrollo dinámico. Permiten un orden de magnitud para acelerar la I + D y la solución de las tareas de preparación de la producción, y en varios casos ya se utilizan activamente para la producción de productos terminados.
En el pasado reciente, hace 10-15 años, las tecnologías aditivas se utilizaron principalmente en industrias tradicionalmente avanzadas tecnológicamente: industrias automotriz, aeronáutica y aeroespacial, así como en la fabricación de instrumentos y la medicina, donde el tándem tiempo-dinero siempre ha sido de particular importancia. .
En la era de una economía innovadora, el tiempo dedicado a la producción de un producto es el factor mas importante el éxito o el fracaso del negocio. Incluso un producto de alta calidad puede no ser reclamado si el mercado cuando se lanza un nuevo producto ya está saturado con productos similares de compañías competidoras. Por lo tanto, cada vez más áreas de la industria están dominando activamente las tecnologías de AF. Cada vez más, son utilizados por organizaciones de investigación, oficinas de arquitectura y diseño, estudios de diseño y solo individuos para la creatividad o como pasatiempo. En muchas facultades y universidades, las máquinas aditivas, o como se las suele llamar, las impresoras 3D, son una parte integral del proceso educativo para la formación profesional en ingeniería.
Hay muchas tecnologías que se pueden llamar aditivas, tienen una cosa en común: el modelo se construye agregando material (del inglés add - "add"), a diferencia de las tecnologías tradicionales, donde la creación de una pieza se realiza quitando " exceso "de material.
La tecnología clásica y más precisa es SLA (del aparato de estereolitografía) o estereolitografía, un curado capa por capa de fotopolímero líquido con un láser.
Existen muchos tipos de composiciones de fotopolímeros, por lo que el rango de aplicación de los prototipos obtenidos por la tecnología SLA es muy amplio: maquetas y maquetas para ensayos aerodinámicos e hidrodinámicos, modelos de fundición y master, modelos y prototipos de diseño, modelos funcionales, etc.
Sinterización selectiva por láser: la tecnología SLS (Sinterización selectiva por láser), SelectiveLaserMelting) es otra área importante de las tecnologías de aditivos. 
Aquí, el material de construcción (modelo) son materiales en polvo que fluyen libremente, y el láser no es una fuente de luz, como en las máquinas SLA, sino una fuente de calor, a través de la cual se fusionan las partículas de polvo. Como material modelo se utiliza una gran cantidad de polvos poliméricos y metálicos.
La poliamida en polvo se utiliza principalmente para el modelado funcional, la creación de prototipos y la producción de conjuntos de control. El poliestireno se utiliza para la producción de moldes a presión.
Una dirección separada es la sinterización (fusión) por láser capa por capa de composiciones de polvo de metal. El desarrollo de esta dirección de tecnologías AF estimuló el desarrollo de tecnologías para la obtención de polvos metálicos. Hoy en día, la nomenclatura de las composiciones metálicas tiene una amplia gama de materiales a base de Ni y Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), a base de Fe (aceros para herramientas: 18Ni300, H13; acero inoxidable: 316L), a base de Ti (Ti6-4 , CpTigr1), basado en Al (AlSi10Mg, AlSi12). Se producen polvos de bronces, aleaciones especiales y metales preciosos, principalmente para las necesidades de la medicina dental.
Piezas en bruto de moldes, herramientas especiales, piezas originales de configuración compleja que son difíciles o imposibles de obtener mediante fundición o procesamiento mecánico, implantes y endoprótesis, y mucho más se "cultivan" a partir de polvos metálicos. Incluso ahora, en el caso de la producción de piezas y en pequeña escala, a menudo resulta económicamente viable "cultivar" un pequeño lote de piezas en una máquina SLS, en lugar de producir herramientas de fundición o troquelado. En combinación con HIP (prensado isostático en caliente) y el tratamiento térmico adecuado, estas piezas no solo son tan buenas como los productos fundidos o forjados, sino que también las superan en resistencia en un 20-30%.
Se abren perspectivas muy amplias para otra tecnología aditiva, la tecnología de impresión por inyección de tinta, la tecnología InkJet o PolyJet. Esta tecnología implica la aplicación de un material modelo o una composición aglutinante mediante cabezas de chorro. Las tecnologías InkJet son de especial interés para la fundición.
Permiten "hacer crecer" directamente los moldes de fundición, es decir, el "negativo" de la pieza, y excluir las etapas de fabricación del equipo de moldeo: el modelo maestro y el modelo de fundición. ExOne (y su subsidiaria ProMetal GmbH) produce máquinas del tipo S-Max, que se posicionan no como "máquinas de creación de prototipos", sino como equipos industriales tecnológicos bastante "ordinarios" instalados en la cadena tecnológica general de producción no solo experimental, sino también productos de serie ... Casi todas las empresas automovilísticas del mundo han adquirido este tipo de vehículos. Es comprensible: con su ayuda fue posible, no varias veces, sino en un orden de magnitud, reducir el tiempo dedicado a I + D en posiciones críticas para los fabricantes de automóviles: piezas de fundición: bloques y cabezales de motor, ejes y cajas de cambios, piezas para la fabricación de los cuales en una producción piloto tradicional pasó meses, y teniendo en cuenta el ajuste fino experimental y la preparación de la producción, muchos meses. Ahora el diseñador puede ver su nuevo motor en el banco de pruebas no seis meses después, sino dos semanas después de la finalización del proyecto técnico.
Hoy en Rusia hay muchas empresas que ofrecen servicios de creación de prototipos, pero en su mayoría son pequeñas empresas con una o dos impresoras 3D económicas capaces de hacer crecer piezas simples. Esto se debe al hecho de que los equipos de alta tecnología capaces de proporcionar alta calidad Los productos son costosos y requieren personal calificado y especialmente capacitado para operar y mantener. No todas las empresas pueden permitírselo, porque para comprarlo es necesario comprender claramente cómo y con qué eficiencia se utilizará este equipo, si se cargará con trabajo. La debilidad de estas empresas es la falta de complejidad en la resolución de problemas. En el mejor de los casos, la empresa se limita a proporcionar un servicio bastante simple: hacer un prototipo o modelo de una forma u otra. Considerando que las tecnologías AF no son solo y no tanto una impresora 3D, sino una parte importante del entorno 3D en el que nace un nuevo producto, desde la idea del diseñador hasta la materialización de sus ideas en la producción en masa. El entorno en el que Nuevo producto creado, "vidas", operado, reparado hasta su finalización " ciclo vital"de este producto.
Por lo tanto, para el uso completo de las tecnologías AF, necesita crear este entorno: dominar el diseño y modelado 3D, tecnologías CAE y CAM, tecnologías de digitalización y reingeniería, tecnologías relacionadas, incluidas las bastante tradicionales, pero reformateadas para un entorno 3D. Además, para dominarlo no en una sola universidad o en una gran planta, existen tales industrias en general en todos los niveles, ni siquiera en una industria separada, por ejemplo, la aviación o la automoción. Entonces, las tecnologías de AF no se verán como delicias exóticas, sino como un vínculo completamente natural y efectivo en el entorno 3D general de creación, producción y ciclo de vida del producto.
También hay grandes empresas en el mercado con equipos de alto nivel, que, por regla general, resuelven problemas de producción bastante complejos y brindan una gama más amplia de servicios útiles que acompañan a la creación de prototipos, capaces de realizar I + D de principio a fin y controlar la calidad de trabajar en cada etapa. Estas empresas incluyen FSUE "NAMI", AB "Universal", NPO "Salut", OJSC "NIAT" (Moscú), UMPO (Ufa), Instituto de Investigación Científica "Tecnologías de construcción de máquinas", (SPbSPU), OJSC "Tushinsky machine- edificio de planta "y varios otros. Sin embargo, no todas las empresas son capaces de un enfoque tan integrado, especialmente en las condiciones de una posición indiferente por parte del Estado. 
En general, la situación con la introducción de tecnologías AF en la industria rusa sigue siendo extremadamente desfavorable. Los científicos, ingenieros y tecnólogos no encontraron las palabras adecuadas para llamar la atención del Estado sobre un rezago peligroso en la esfera de la innovación que es absolutamente necesario para la industria nacional. No se encontraron argumentos para convencer a las autoridades de la necesidad de desarrollar un programa nacional para el desarrollo de tecnologías aditivas, para crear una industria nacional de máquinas AF. Rusia prácticamente no participa en organizaciones internacionales que tienen un impacto significativo en el desarrollo de tecnologías AF en el mundo. 
Los problemas clave en la implementación de tecnologías AF son, en primer lugar, el personal, que, como saben, lo resuelven todo; Máquinas 3D en sí mismas, equipos de AF de alta calidad que no se pueden comprar y no se pueden crear sin el apoyo específico del gobierno de una forma u otra (lo que, por cierto, se hace en el extranjero en la inmensa mayoría de los casos); Los materiales son un problema separado y complejo de naturaleza interdisciplinaria, cuya solución, nuevamente, depende enteramente de la calidad de la gestión del proceso por parte del Estado. Estas son tareas abrumadoras para una industria en particular. Este es un problema que solo puede resolverse si existe una interacción deliberada entre la educación superior, la ciencia académica y la industrial.
La fundición ACTech, construida en Friburgo (cerca de Dresde) a finales de la década de 1990 durante el renacimiento de los Territorios Orientales, es un excelente ejemplo de la "intervención de mercado" del Estado para resolver problemas tecnológicos complejos. La planta es bastante pequeña para nuestros estándares: solo 6.500 metros cuadrados. metros de superficie total, construida con aguja, en campo abierto y equipada con los más avanzados Equipo tecnológico, cuya característica principal eran las máquinas AF para el cultivo de moldes de arena (de EOS, Munich). Este fue quizás el primer ejemplo enfoque integrado- la planta estaba equipada equipo moderno para trabajo real en un entorno 3D: máquinas AF, equipos de medición, máquinas CNC, equipos de fusión, fundición y térmicos. Actualmente trabajan allí unas 230 personas, el 80% de las cuales son ingenieros y gerentes. Ahora es una de las fábricas más famosas con reputación mundial, cuyos clientes son casi todas las principales compañías de automóviles en Alemania, muchas compañías de aviación europeas y estadounidenses. Es suficiente enviar un archivo 3D del futuro producto a la fábrica y describir la tarea: material, cantidad, tiempo de producción deseado y lo que desea recibir - una pieza fundida o completamente procesada, el tiempo de entrega depende de esto - desde 7 días a 8 semanas. Cabe señalar que alrededor del 20% de los pedidos son piezas individuales, alrededor del 40% son pedidos de 2 a 5 piezas. Casi la mitad de las piezas de fundición son de hierro fundido; aproximadamente un tercio es aluminio; el resto es acero y otras aleaciones. Los especialistas de la planta cooperan activamente con los fabricantes de equipos AF, realizan investigaciones conjuntas con universidades, la planta también tiene éxito. Empresa comercial y un campo de pruebas para nuevos procesos tecnológicos.
Ciclo de vida de un nuevo producto.
El trabajo se llevó a cabo para ZAO NPO "Turbotekhnika"
El mercado de tecnologías aditivas en Rusia se está desarrollando, pero esto está sucediendo muy lentamente, ya que para llevar estas tecnologías al nivel adecuado, se necesita el apoyo estatal. Con la debida atención a la implementación de tecnologías AF, pueden aumentar significativamente la velocidad de respuesta a las necesidades del mercado y eficiencia económica muchas industrias.
Kirill Kazmirchuk, director adjunto del Instituto de Investigación "Tecnologías de Ingeniería", SPbSPU
Vyacheslav Dovbysh, Jefe del Laboratorio de Fundición al Vacío de Metales y Polímeros, Instituto de Investigación "NAMI"
Fotografías y materiales proporcionados por los autores.
Como sabes, existen varios métodos de impresión 3D, pero todos son derivados de la tecnología de fabricación aditiva. Independientemente de la impresora 3D que utilice, la construcción de la pieza de trabajo se lleva a cabo agregando materia prima capa por capa. A pesar de que los ingenieros nacionales utilizan muy raramente el término Fabricación aditiva, las tecnologías de síntesis capa por capa han ocupado la industria moderna.
Una excursión al pasado de la fabricación aditiva
La fabricación digital ha encontrado su aplicación en medicina, astronáutica, manufactura productos terminados y creación de prototipos. Aunque la impresión 3D se considera ampliamente como uno de los principales descubrimientos del siglo XXI, en realidad, las tecnologías aditivas aparecieron varias décadas antes.
Charles Hull, fundador de 3D Systems, fue pionera en la industria. En 1986, el ingeniero montó la primera impresora 3D estereolitográfica del mundo, lo que hizo que la tecnología digital fuera un gran paso adelante. Casi al mismo tiempo, Scott Crump, quien más tarde fundó Stratasys, lanzó la primera máquina FDM del mundo. Desde entonces, el mercado de la impresión 3D ha crecido rápidamente y se ha reabastecido con nuevos modelos de equipos de impresión únicos.
Al principio, las tecnologías SLA y FDM se desarrollaron una al lado de la otra exclusivamente en la dirección de producción industrial Sin embargo, en 1995 llegó un punto de inflexión que hizo que los métodos de fabricación aditiva estuvieran generalmente disponibles. Los estudiantes del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Jim Bradt y Tim Anderson, han incorporado tecnología capa por capa en el cuerpo de una impresora de escritorio convencional. Así es como se fundó Z Corporation, que durante mucho tiempo ha sido considerada líder en el campo de la impresión 3D doméstica.
Tecnología de fabricación aditiva: la era de la innovación
Las tecnologías de AF son omnipresentes en estos días: las organizaciones de investigación las utilizan para crear materiales y tejidos únicos, los gigantes industriales utilizan impresoras 3D para acelerar la creación de prototipos de nuevos productos, las empresas de arquitectura y diseño han encontrado un potencial de construcción sin fin en la impresión 3D, mientras que los estudios de diseño literalmente respiraron nueva vida en el negocio del diseño gracias a las máquinas aditivas.
La tecnología de aditivos más precisa es la estereolitografía, un método de curado con láser, paso a paso, capa por capa, de un fotopolímero líquido. Las impresoras SLA se utilizan principalmente para la creación de prototipos, maquetas y componentes de diseño de alta precisión con un alto nivel de detalle.
La sinterización selectiva por láser surgió originalmente como un método mejorado para curar el fotopolímero líquido. La tecnología SLS permite el uso de materiales en polvo como tinta. Las impresoras SLS modernas son capaces de manipular arcilla cerámica, polvo metálico, cemento y polímeros complejos.
La industria de la fundición ha introducido recientemente máquinas PolyJet que utilizan la tecnología AF clásica. Están equipados con cabezales de impresión de inyección de tinta de fraguado rápido. Hoy en día, las impresoras InkJet 3D no están muy extendidas, pero es posible que en unos años, la impresión de inyección de tinta 3D se generalice tanto como los dispositivos de impresión clásicos. ExOne fue pionera en esta industria con su máquina de creación de prototipos S-Max.
Las más baratas siguen siendo las impresoras FDM, dispositivos que crean objetos tridimensionales mediante filamento fusionado capa por capa. Las impresoras más comunes de este tipo son máquinas que imprimen con filamento fundido. Pueden equiparse con uno o más cabezales de impresión con un elemento calefactor en el interior.
La mayoría de las impresoras aditivas de plástico son capaces de producir formas de un solo color, pero recientemente han aparecido en el mercado de la impresión 3D máquinas que utilizan varios tipos de filamentos al mismo tiempo. Esta innovación le permite crear objetos de colores.
Perspectivas de la tecnología AF
Por el momento, el mercado de la impresión 3D está lejos de estar sobresaturado. Los analistas de la industria coinciden en que hay un futuro brillante para las tecnologías aditivas. Ya hoy, los centros de investigación que subestiman los desarrollos de AF reciben enormes inyecciones financieras de complejo de defensa e instituciones médicas estatales, lo que no da lugar a dudas sobre la precisión de los pronósticos de los expertos.
La tecnología aditiva es un fenómeno relativamente joven pero muy popular. El nombre de esta tecnología proviene del término inglés Additive Manufacturing, que literalmente significa "producción por adición". La tecnología aditiva significa un método de fabricación mediante la acumulación capa por capa de materias primas.
El ejemplo más famoso de la aplicación de tecnologías aditivas son las populares impresoras 3D. Todos los tipos de estos dispositivos funcionan utilizando tecnología de síntesis capa por capa.
Las tecnologías de fabricación aditiva han logrado un avance revolucionario en muchas industrias: médica, construcción, ingeniería, ingeniería, diseño.
Una excursión a la historia
La tecnología de impresión 3D se considera el principal descubrimiento del siglo XXI, pero la historia de estos dispositivos innovadores se remonta al siglo XX. El inventor de la tecnología y fundador de una nueva industria fue el ingeniero Charles Hull, fundador y propietario de 3D-Systems.
En 1986, Charles construyó la primera impresora 3D estereolitográfica. Casi al mismo tiempo, otro ingeniero, Scott Trump, creó la primera máquina FDM de su clase. Estos dos inventos emblemáticos marcaron el comienzo del desarrollo explosivo del mercado de la impresión 3D.
Nueva etapa de desarrollo
El siguiente paso en la evolución de la impresión 3D fue la introducción de la tecnología de síntesis capa por capa en el cuerpo de una impresora 3D de escritorio convencional, que fue realizada por los estudiantes del MIT Tim Anderson y Jimmy Bradt. Posteriormente fundaron Z Corporation, un líder de la industria de larga data.
Tecnologías modernas de aditivos
Hoy en día, las tecnologías aditivas atraviesan un período de poderoso desarrollo y popularización generalizada.
Históricamente, la primera y más precisa tecnología de aditivos es la estereolitografía. Este es un método de curado por etapas de un polímero utilizando un láser. Esta tecnología se utiliza en la creación de prototipos, en la fabricación de diseños y elementos de diseño con un alto nivel de detalle.
La sinterización selectiva por láser es un método innovador para solidificar el fotopolímero líquido. Esta tecnología le permite trabajar con cemento, arcilla cerámica, polímeros complejos, polvo metálico.
Las más populares en el sentido cotidiano son las impresoras FDM que recrean objetos colocando capas de filamento de plástico. Anteriormente, las impresoras podían crear objetos en un esquema de color, pero ahora hay dispositivos en el mercado que utilizan varios tipos de filamentos de plástico de colores.
Centro de tecnologías aditivas
Existe una empresa joven en el mercado ruso que se especializa en el uso de tecnologías aditivas. JSC "Center for Additive Technologies" trabaja en la intersección de las competencias de diseño, ingeniería y cálculo, optimización de soluciones técnicas y producción.
La empresa cuenta con una gran flota de impresoras 3D a escala industrial de los principales fabricantes del mundo: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.
La dirección principal del trabajo del centro es la cooperación con empresas para desarrollar y vender nuevos productos y tecnologías únicas. El centro también se especializa en el diseño y fabricación de escáneres e impresoras 3D portátiles de escritorio. Estos dispositivos 3D son capaces de incorporar tecnologías de creación de prototipos en un entorno doméstico y son ideales para un primer conocimiento de las tecnologías aditivas y los conceptos básicos de la impresión 3D.
Tecnologías aditivas en ingeniería mecánica
Las tecnologías de aditivos se utilizan activamente en la industria automotriz. El equipo del ingeniero estadounidense Jim Korr, fundador de Kor Ecologic, ha estado trabajando en el proyecto Urbee, el primer prototipo de un automóvil 3D, durante más de 15 años. Cabe decir que solo el cuerpo y algunos detalles están impresos en la impresora: el marco del automóvil es de metal.
Este automóvil desarrolla una velocidad máxima baja de 112 kilómetros, pero tiene poca resistencia debido al diseño de la carrocería y es capaz de conducir unos 65 kilómetros con un motor eléctrico.
La tecnología aditiva también se utiliza en el prototipo de la empresa estadounidense Local Motors, que prepara sus coches eléctricos para la producción en masa. Los prototipos de la empresa tienen un diseño moderno, una gran reserva de marcha e inteligencia artificial.
Tecnologías aditivas: aplicación
En el mundo moderno, las tecnologías aditivas se utilizan en muchas industrias y potencialmente se pueden utilizar en cada una. Los tabloides mundiales conmocionan periódicamente las noticias sobre cómo se imprimieron en una impresora 3D un arma, un órgano humano, ropa, una casa, un automóvil.
El potencial para el desarrollo de estas tecnologías es realmente alto y puede acelerar el desarrollo del progreso científico y tecnológico en un orden de magnitud: los laboratorios científicos crean materiales y tejidos innovadores utilizando impresoras 3D. El uso de tecnologías aditivas en la industria permite a los fabricantes acelerar la creación de prototipos de nuevos diseños y acortar el camino desde la idea hasta la implementación. Arquitectónico y industria de construccion tratando de aprovechar al 100% el potencial de las tecnologías aditivas. El negocio del diseño está atravesando una nueva fase de desarrollo gracias a la fabricación aditiva.
Las perspectivas de desarrollo de la industria son extremadamente favorables. Los analistas financieros predicen un crecimiento explosivo para el mercado de la impresión 3D. Los centros de I + D que se dedican al desarrollo aditivo están financiados por el complejo de defensa y las instituciones médicas estatales.
Entre las tecnologías que están apareciendo constantemente en la vida humana debido a los logros del progreso científico, se encuentran las que se denominan "aditivas". Esta definición proviene de la palabra prestada "aditividad" o, más precisamente, de la frase inglesa "fabricación aditiva" (abreviada - AF), que se traduce literalmente como "producción agregada". Entonces, ¿qué es y cómo puede este tipo de tecnología ser útil para la sociedad actual?
La esencia
Las tecnologías aditivas son una rama de la industria digital y son un método de fabricación de productos y diversos productos, en los que las capas de un objeto se construyen mediante el uso de dispositivos informáticos para la impresión 3D. ¿Qué tipo de materiales llenan? Por lo general, estos son polvos de cera, metal y yeso, poliestireno (un polímero incoloro y vítreo que se parece al plástico), poliamidas (plásticos), fotopolímeros líquidos (espacios en blanco endurecidos por exposición a los rayos de luz, con mayor frecuencia a los rayos ultravioleta), etc.
Emergencia: como fue
La historia de los dispositivos aditivos comenzó en 1986, cuando un representante de Ultraviolet Products llamado Charles Hull (ahora vicepresidente ejecutivo y director ejecutivo) Director técnico propia organización "3D Systems") diseñó la primera impresora estereolitográfica del mundo para impresión tridimensional. El mecanismo se produjo principalmente para proporcionar suministros oportunos al complejo de defensa de EE. UU. Hull llamó la atención sobre el hecho de que se necesita mucho tiempo y esfuerzo para crear piezas individuales y luego ensamblarlas. Por lo tanto, decidió no solo recurrir a la ayuda de la radiación ultravioleta, sino también llevar a cabo sus planes de la manera más racional posible. Entonces, el hombre primero puso varios miles de capas de plástico una encima de la otra, y solo luego las arregló con un tratamiento ultravioleta.
Más tarde, Charles dejó la empresa UVP en quiebra, pero no quiso dejar de desarrollar su propia creación: patentó una invención técnica en 1983 y fundó personalmente la empresa, que luego creció hasta la escala de una corporación real. Hoy "3D Systems" es uno de los actores clave en el mercado de impresoras, productos y software para la creación de productos volumétricos.
El desarrollo posterior de tecnologías aditivas recibió gracias a compañeros de estudios del Instituto de Tecnología de Massachusetts. En 1993, Jim Bradt y Tim Anderson decidieron complementar cualitativamente los desarrollos existentes con sus propias ideas y, por lo tanto, tomaron y modificaron una impresora 2D convencional en un dispositivo para impresión 3D. En el dispositivo modernizado, no se utilizaron hojas de papel, sino una composición líquida especial similar al pegamento, que se roció sobre capas delgadas del relleno principal (polímero, metal o polvo de yeso) y se endureció. Bradt y Anderson dieron fama mundial a AF, porque los hicieron más populares y versátiles. En 1995, amigos organizaron su propia organización "Z Corporation", cuyo éxito no pasó desapercibido para "3D Systems" - en 2012 adquirió una empresa más pequeña, pero no menos prometedora, y sus proyectos principales comenzaron a publicarse bajo un logotipo común.
Objeto y aplicación
Todo esto significó solo una cosa: la entrada en una nueva era, un cambio cualitativo en muchas áreas de producción y la simplificación procesos organizacionales! Por ejemplo, en la industria automotriz, la etapa de creación de prototipos se ha acelerado significativamente, porque casi todos los componentes, ya sean motores potentes o botones y palancas comunes, comenzaron a crearse con el uso total o parcial de la tecnología de impresión 3D.
Además, las empresas empezaron a ahorrar de forma significativa, porque ahora la producción:
- ya no requería tanta variedad de herramientas como antes;
- podría llevarse a cabo bajo la supervisión de un número menor de empleados. De hecho, 1-2 ingenieros son suficientes para la correcta creación de una pieza. Lo principal que se les exige es un conocimiento completo e integral de ingeniería y diseño. estructuras tecnicas, así como una comprensión de las peculiaridades de trabajar con ajustes de AF.
Se utilizan activamente impresoras similares ... ¡en medicina! Puede parecer imposible, pero aún hoy en día, los productos tridimensionales se utilizan como elementos de reemplazo y reconstrucción, por ejemplo, cuando se trata de cirugía maxilofacial. En marzo de 2018, se abrió una clínica en Manchester especializada en la producción de varillas, prótesis y placas en impresoras 3D que se rellenan con mezclas de plástico o metal. Aunque le costó al hospital $ 42,000 instalar el PolyJet solo, la gerencia estima que invertir en su propio laboratorio de impresión 3D dará sus frutos más rápido que el uso constante de intermediarios. El personal de la clínica predice que en 5 años dichos centros serán obligatorios en las instituciones médicas y de rehabilitación, especialmente si se ocupan de enfermedades oncológicas, ortopédicas, neurológicas y reumatológicas.
¡Dato interesante! La FA también se utiliza para la fabricación de miembros artificiales.
El programa piloto, que comenzó en 2017 en la capital jordana, no solo sigue cobrando impulso, sino que está mostrando resultados positivos. En Ammán, se está tratando a las personas que huyen de las hostilidades en Siria, Yemen e Irak. Entonces, ya 5 voluntarios han adquirido prótesis "impresas", que, en primer lugar, les cuestan mucho más baratas que las habituales (alrededor de $ 20 frente a cientos de dólares), y, en segundo lugar, se hicieron teniendo en cuenta las características individuales y los parámetros corporales.
Las tecnologías aditivas también están conquistando otros ámbitos: arquitectura, construcción de aviones, producción de material deportivo y artículos para niños ... La gama de su aplicación se está ampliando, y mano de obra y aumentos salariales.
Más sobre algunos tipos de TA
No será superfluo mencionar cómo se produce la creación de un producto voluminoso en cada caso concreto. Los métodos más populares en la fabricación aditiva son:
- Modelado de deposición fundida, FDM: modelado por deposición capa por capa. El objeto se construye de acuerdo con lo establecido en software Modelo matemático digital de un hilo de plástico especial (hilo de pescar), que se funde a una cierta temperatura y, por lo tanto, se vuelve lo suficientemente flexible como para adquirir la forma deseada. Las estructuras auxiliares se eliminan manualmente o disolviéndolas en un líquido especial, y el producto terminado se deja en forma impresa o se procesa posteriormente (pintura, pulido, esmerilado, pegado, etc.). Las piezas producidas son siempre diferentes buenas caracteristicas, como resistencia al desgaste y resistencia al calor.
- ColorJetPrinting, CJP. La esencia de esta tecnología avanzada radica en el uso de un polvo compuesto a base de yeso y plástico, que no solo se somete a un encolado capa a capa, sino que también se colorea en la mayoría de los casos. Colores diferentes paleta CMYK, ¡que incluye hasta 390.000 tonos! Hasta ahora, solo CJP ofrece impresión en color. Además, este AT también permite reproducir varias texturas en la superficie de los productos en alta definición... A pesar de la resistencia media y la ligera rugosidad de los productos finales, ColorJetPrinting, caracterizado por un precio de bajo coste, se utiliza activamente para crear modelos arquitectónicos, figuras en miniatura de personas, muestras de presentación y otros objetos visuales.
- SelectiveLaserStering, SLS: sinterización selectiva por láser. Aquí los materiales en polvo (plásticos y poliamidas) se sinterizan con un rayo láser. Este método es adecuado a la vez para grandes productos industriales y para objetos con geometría compleja y estructura detallada, y para lotes que se producen en 1 sesión de impresión. La tecnología SLS a menudo se confunde con SelectiveLaserMelting o SLM. La diferencia entre ellos es que en el primer caso la fusión es parcial y ocurre solo en la superficie de las partículas, mientras que en el segundo, el resultado es la producción de un monolito sólido.
Conferencias en Rusia
El mercado nacional de AT en Rusia todavía está subdesarrollado. El potencial de la esfera no se revela debido a la escasez de personal, la falta de material y equipo y la falta de un programa adecuado de apoyo estatal.
Sin embargo, algunas instituciones están tratando por sí mismas de promover el conocimiento de la sociedad rusa con los logros avanzados de AF. Una de estas organizaciones es el Instituto de Investigación de Materiales de Aviación de toda Rusia (VIAM), cuyos representantes organizan anualmente conferencias temáticas sobre tecnologías aditivas. Científicos y trabajadores industriales nacionales y extranjeros interesados en sustituir las formas tradicionales de producción por métodos innovadores elaboran sus informes. Este año, el evento, que tuvo lugar el 30 de marzo, se convirtió en el cuarto año consecutivo. Los participantes que presentaron solicitudes preliminares pudieron participar en la conferencia, que se llevó a cabo bajo el lema "Presente y futuro".
Las tecnologías de aditivos se utilizan activamente en la ingeniería energética, la fabricación de instrumentos, la industria de la aviación, la industria espacial, donde existe una gran demanda de productos de geometría compleja.Muchas empresas en Rusia ya se han familiarizado con las tecnologías aditivas. Traemos a su atención material del almanaque Manufacturing Management, que describe varios ejemplos de implementación efectiva de la impresión 3D.
Las tecnologías aditivas han abierto la posibilidad de fabricar piezas de cualquier complejidad y geometría sin limitaciones tecnológicas. La geometría de la pieza se puede cambiar en la etapa de diseño y prueba.
La preparación de archivos para imprimir se lleva a cabo en computadoras con software estándar; los archivos STL se aceptan para el trabajo. Es un formato de almacenamiento de objetos 3D ampliamente utilizado para impresoras 3D estereolitográficas en la actualidad. Las inversiones en el proyecto ascendieron a unos 60 millones de rublos.
Alexander Zdanevich, director de TI de NPK United Wagon Company: “Las tecnologías de impresión aditiva están progresando y, muy probablemente, en un futuro próximo cambiarán el rostro de varias industrias. Esto se aplica principalmente a las empresas que producen productos por pieza para un pedido específico. Con la producción en masa, la situación es más complicada, aunque ya se están utilizando distintos tipos de impresoras 3D en este ámbito.
Existen muchas tecnologías de síntesis masiva. Uno de los más prometedores para la implementación industrial es. El proceso se puede dividir en dos etapas. En el primero, se forma una capa de construcción en forma de fotopolímero líquido distribuido uniformemente sobre la superficie de la plataforma de trabajo. Luego, las secciones de esta capa se curan selectivamente de acuerdo con la sección actual del modelo 3D construido en la computadora.
Aplicado a la ingeniería ferroviaria esta tecnología se puede utilizar en la etapa de preparación de la fundición, en particular, en la producción de un conjunto de equipos de fundición. El mismo conjunto de herramientas, único para cada fundición, se utiliza para miles de ciclos de producción de los moldes de fundición correspondientes.
La calidad del producto final depende directamente de la precisión de todos los parámetros proporcionados por los diseñadores durante la fabricación del conjunto de herramientas. El método tradicional de fabricación de un conjunto de herramientas mediante el procesamiento mecánico de materiales (metal, plástico, a veces madera) es muy laborioso y requiere mucho tiempo (a veces lleva varios meses) y es sensible a los errores.
Se pueden incorporar otros componentes y conjuntos en los modelos "impresos". La impresión tridimensional vale la pena debido a la alta velocidad de creación de prototipos, así como al "retrabajo en la mesa" directamente en el WGC, lo que ahorra mucho tiempo y dinero, en lugar de hacer muestras a gran escala en "hardware " en producción.
Un trabajo significativo en el avance de las tecnologías aditivas se lleva a cabo por Corporación estatal "Rosatom"... La gerencia confía en que pronto la corporación estatal tendrá todos los componentes de la "producción digital", desde el desarrollo de materiales, equipos y tecnologías hasta la producción de productos. La industria está implementando un programa sobre tecnologías aditivas, que consta de subsecciones: tecnología, materias primas, equipos, estandarización. Tres institutos se dedican al desarrollo de tecnologías para la producción de polvos metálicos para impresión 3D en Rosatom: Giredmet, VNIIKhT, VNIINM. Al mismo tiempo, se está trabajando para crear prototipo Impresora 3D para impresión 3D de productos metálicos y compuestos. Rosatom tiene previsto presentar una muestra a finales de 2017.
La impresión 3D vale la pena gracias a la alta velocidad de creación de prototipos, así como a la "reelaboración en la mesa" directamente en el WGC, lo que ahorra mucho tiempo y dinero, en lugar de realizar muestras a gran escala en "hardware" en producción.
“A principios de 2018, debemos cerrar todo el ciclo de tecnologías aditivas dentro de Rosatom. Necesitamos otro año para lanzar nuestra propia muestra piloto de la instalación, y más o menos lo mismo: llegar a un acuerdo con todas las partes que garantice el componente regulatorio utilizado ”, dijo Alexey Dub.
En la estructura de Rosatom, se están desarrollando tecnologías aditivas en la empresa de combustibles TVEL, que coopera activamente con el centro regional de ingeniería creado en UrFU, trabajando en la creación de una impresora 3D rusa. La pulvimetalurgia no es una novedad para Ural Electrochemical Combine y sus empresas. Por ejemplo, en la planta de convertidores electroquímicos, se utilizaron polvos en la producción de filtros para la difusión de gas de uranio durante la separación de isótopos, así como para soldaduras y pulverización de superficies.
En el centro científico y educativo "Tecnologías de producción modernas" de la Universidad Politécnica de Tomsk
Uno de los pioneros en el campo de las impresoras láser es el Centro Científico y Educativo "Tecnologías de Fabricación Modernas" Universidad Politécnica de Tomsk... Está equipado con una impresora de fusión por haz de electrones (haz de electrones), impresora laser, impresoras que imprimen con composites reforzados, así como un tomógrafo ultrasónico, que realiza pruebas no destructivas de los productos terminados aquí, "en la máquina". Los especialistas del centro fabrican dispositivos AM, desarrollan software para ellos y tienen la intención de ir más allá del "laboratorio".
Todo el ciclo de producción se configura en el Centro de tecnologías aditivas de TPU, desde la idea hasta la implementación del producto terminado. Es posible fabricar y probar piezas para la piel de naves espaciales, implantes para cirugía craneofacial, productos de formas complejas para y mucho más, así como crear nuevas instalaciones digitales, por ejemplo, para la impresión de instrumentos en la ISS. “Con la ayuda de nuestras tecnologías únicas, podemos crear productos de sustitución de importaciones que son varias veces más baratos que sus contrapartes importadas, mientras que la calidad no es peor”, dijo el director del centro Vasily Fedorov.
El desarrollo de tecnologías aditivas también tiene limitaciones.
- En primer lugar, el alto costo de la tecnología (equipo y material), sin embargo, en el proceso de desarrollo de la tecnología, el precio está disminuyendo gradualmente.
- En segundo lugar, hay escasez de personal calificado que conozca la tecnología.
- En tercer lugar, el desarrollo insuficiente, la falta de apoyo metrológico genera preocupaciones en la producción de piezas de gran importancia.
- Los procesos AM (fabricación aditiva) aún no están integrados en la tecnología de fabricación de productos.“Está claro que ningún diseñador responsable colocará una pieza en un producto responsable sin saber cuánto tiempo durará”, comentó Alexey Dub.
- Una tarea importante es la necesidad de desarrollar un sistema de certificación y estandarización de productos aditivos, procesos tecnológicos, polvos y composiciones. Para abordar estos problemas, Rosstandart formó Comité técnico, que trabaja en la creación de documentación regulatoria en el campo de las tecnologías aditivas.
La impresión 3D está comenzando a extenderse por todo el mundo y Rusia no debería quedarse atrás en esta área. El uso de estas tecnologías le permite reducir el costo del producto, acelerar su diseño y producción.- Jefe del Ministerio de Industria y Comercio Denis Manturov
Conclusión
La popularidad crece constantemente. Aunque el volumen total del mercado mundial es relativamente pequeño (alrededor de $ 6 mil millones), las tasas de crecimiento anual no pueden dejar de impresionar: en promedio, 20-30%. Sin embargo, todavía no hay unanimidad en la evaluación del papel de las tecnologías aditivas en la industria: algunos dicen que la introducción de métodos de impresión 3D conducirá al declive de la industria en el sentido tradicional, otros, que las impresoras tridimensionales se convertirán en una sola. de los elementos de los esquemas de producción. Pero a pesar de todos los desacuerdos existentes, no se puede negar la gran promesa de las tecnologías aditivas en la industria.
El crecimiento directo de productos con geometrías complejas y de materiales específicos resulta muy rentable desde el punto de vista económico. Ahorra material, tiempo y reduce el riesgo de errores. Las impresoras 3D han dejado de ser un "juguete caro", hoy ocupan un lugar de pleno derecho entre las tecnologías clave
