Kohanduvad tehnoloogiad tööstuses. Lisandite tootmine (AM). Lisatehnoloogiad hariduses

Prindi

Osad ja materjalid

Lisanditehnoloogiad Vene tööstuses

AF -tehnoloogiad on kaasaegse tootmise tõhusaks lüliks

Lisatehnoloogiad (AF-Additive Manufacturing) ehk kiht-kihiti sünteesitehnoloogiad on tänapäeval üks dünaamiliselt arenevaid „digitaalse” tootmise valdkondi. Need võimaldavad suurusjärgus kiirendada teadus- ja arendustegevust ning tootmise ettevalmistamise ülesannete lahendamist ning neid kasutatakse paljudel juhtudel juba aktiivselt valmistoodete tootmiseks.

Lähiminevikus, 10-15 aastat tagasi, kasutati lisatehnoloogiaid peamiselt traditsiooniliselt tehnoloogiliselt arenenud tööstusharudes-auto-, lennundus- ja kosmosetööstuses, aga ka instrumentide valmistamises ja meditsiinis, kus aja ja raha tandem on alati olnud eriline tähtsus.

Uuendusliku majanduse ajastul on toote tootmiseks kuluv aeg kõige olulisem tegur ettevõtte edu või ebaedu. Isegi kõrgekvaliteedilist toodet võidakse nõuda, kui turg on uue toote vabastamise ajaks juba konkureerivate ettevõtete sarnaste toodetega küllastunud. Seetõttu omandavad üha enam tööstusvaldkondi aktiivselt AF -tehnoloogiaid. Üha enam kasutavad neid uurimisorganisatsioonid, arhitektuuri- ja disainibürood, disainistuudiod ja lihtsalt üksikisikud loovuse või hobi jaoks. Paljudes kolledžites ja ülikoolides on lisamasinad või, nagu neid sageli nimetatakse, 3D -printerid professionaalse insenerikoolituse haridusprotsessi lahutamatuks osaks.

On palju tehnoloogiaid, mida võib nimetada lisandiks, neil on üks ühine joon: mudel on üles ehitatud materjali lisamisega (inglise lisast - "add"), erinevalt traditsioonilistest tehnoloogiatest, kus osa loomine toimub eemaldades "üleliigne" materjal.

Klassikaline ja kõige täpsem tehnoloogia on SLA (pärit stereolitograafia aparaadist) ehk stereolitograafia, vedela fotopolümeeri kihthaaval kõvastumine laseriga.

Fotopolümeerkompositsioone on mitut tüüpi, seetõttu on SLA-tehnoloogia abil saadud prototüüpide kasutusala väga lai: makettid ja mastaabimudelid aerodünaamiliste ja hüdrodünaamiliste testide jaoks, valukoja- ja meistrimudelid, disainimudelid ja prototüübid, funktsionaalsed mudelid jne.

Selektiivne laserpaagutamine - SLS -tehnoloogia (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) on veel üks oluline lisanditehnoloogia valdkond.

Siin on ehitusmaterjal (mudel) vabalt voolav, pulbriline materjal ja laser ei ole valgusallikas, nagu SLA-masinatel, vaid soojusallikas, mille kaudu pulbriosakesed sulatatakse. Mudelmaterjalidena kasutatakse suurt hulka nii polümeeri kui ka metallipulbreid.

Pulbrilist polüamiidi kasutatakse peamiselt funktsionaalseks modelleerimiseks, prototüüpimiseks ja juhtseadmete tootmiseks. Valatud mudelite tootmiseks kasutatakse polüstüreeni.

Eraldi suund on metall-pulberkompositsioonide kiht-kihiline laserpaagutamine (liitmine). Selle suuna AF-tehnoloogiate arendamine stimuleeris metallipulbrite saamise tehnoloogiate väljatöötamist. Tänapäeval on metallikompositsioonide nomenklatuuris lai valik materjale, mis põhinevad Ni ja Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), Fe baasil (tööriistaterased: 18Ni300, H13; roostevaba teras: 316L), Ti (Ti6-4) baasil , CpTigr1), mis põhineb Al (AlSi10Mg, AlSi12). Toodetakse pronksipulbreid, spetsiaalseid sulameid ja väärismetalle - peamiselt hambameditsiini vajadusteks.

Metallipulbritest "kasvatatakse" vormitoorikuid, spetsiaalseid tööriistu, keerulise konfiguratsiooniga originaalosasid, mida on raske või võimatu saada valamise või töötlemise teel, implantaate ja endoproteese ning palju muud. Juba praegu, tükk- ja väiketootmise puhul, muutub sageli majanduslikult otstarbekaks väikeste osade partii "kasvatamine" SLS-masinal, mitte valukoja või stantsitööriistade tootmine. Koos HIP (Hot Isostatic Pressing) ja sobiva kuumtöötlusega ei ole sellised osad mitte ainult nii head kui valatud või sepistatud tooted, vaid ületavad ka nende tugevust 20–30%.

Väga laiad väljavaated avanevad veel ühele lisatehnoloogiale - tindiprinteritehnoloogiale - InkJet või PolyJet tehnoloogiale. See tehnoloogia hõlmab mudelmaterjali või sideaine koostise kasutamist jetipeade abil. InkJet -tehnoloogia pakub valukojale erilist huvi.

Need võimaldavad otse valuvorme "kasvatada", see tähendab osa "negatiivset", ja välistada vormimisseadmete - põhimudeli ja valamismudeli - valmistamise etapid. ExOne (ja selle tütarettevõte ProMetal GmbH) toodab S-Max tüüpi masinaid, mis ei ole paigutatud mitte "prototüüpimismasinatena", vaid üsna "tavaliste" tehnoloogiliste tööstusseadmetena, mis on paigaldatud mitte ainult eksperimentaalsete, vaid ka üldiste tehnoloogiliste tootmisahelate hulka. ka seeriatooted ... Peaaegu kõik maailma autofirmad on sellised autod soetanud. On mõistetav - nende abiga sai võimalikuks mitte mitu korda, vaid suurusjärgu võrra vähendada teadus- ja arendustegevusele kuluvat aega autotootjate jaoks - valukojad: mootoriplokid ja -pead, teljed ja käigukastid, osad mille valmistamiseks kulus traditsioonilisel pilootproduktsioonil kuid ning võttes arvesse tootmise eksperimentaalset peenhäälestamist ja ettevalmistamist - mitu kuud. Nüüd näeb disainer oma uut mootorit katsestendil mitte kuus kuud hiljem, vaid kaks nädalat pärast tehnilise projekti valmimist.

Praegu on Venemaal palju prototüüpimisteenuseid pakkuvaid ettevõtteid, kuid enamasti on need sellised väikeettevõttedühe või kahe odava 3D -printeriga, mis on võimelised kasvatama lihtsaid osi. See on tingitud asjaolust, et kõrgtehnoloogilised seadmed on võimelised pakkuma kõrge kvaliteet tooted on kallid ning nende käitamiseks ja hooldamiseks on vaja kvalifitseeritud, spetsiaalselt koolitatud personali. Mitte iga ettevõte ei saa seda endale lubada, sest selle ostmiseks on vaja selgelt mõista, kuidas ja kui tõhusalt seda seadet kasutatakse, kas see koormatakse tööga. Selliste ettevõtete nõrkuseks on probleemide lahendamise keerukuse puudumine. Parimal juhul piirdub äri üsna lihtsa teenuse pakkumisega - prototüübi või mudeli valmistamisega ühel või teisel viisil. Kusjuures AF -tehnoloogiad pole mitte ainult ja mitte niivõrd 3D -printerid, vaid oluline osa 3D -keskkonnast, milles uus toode sünnib - alates disaineri ideest kuni tema ideede realiseerimiseni masstootmises. Keskkond, milles Uus toode loodud, "elab", opereeritakse, remonditakse kuni valmimiseni " eluring"sellest tootest.

Seetõttu peate AF -tehnoloogiate täielikuks kasutamiseks looma selle keskkonna: valdama 3D -disaini ja modelleerimist, CAE- ja CAM -tehnoloogiaid, digiteerimis- ja ümberehitustehnoloogiaid, seotud tehnoloogiaid, sealhulgas üsna traditsioonilisi, kuid 3D -keskkonna jaoks ümber vormindatud. Pealegi, et seda omandada mitte ühes ülikoolis ega suures tehases - selliseid tööstusharusid on üldiselt kõigil tasanditel -, pole seda isegi eraldi, näiteks lennundus- või autotööstuses. Siis ei näe AF-tehnoloogiad välja nagu eksootilised naudingud, vaid täiesti loomulik ja tõhus seos loomise, tootmise ja toote elutsükli üldises 3D-keskkonnas.

Turul on ka suuri ettevõtteid, millel on kõrgetasemelised seadmed, mis reeglina lahendavad üsna keerukaid tootmisprobleeme ja pakuvad prototüüpimisega kaasnevat laia valikut kasulikke teenuseid, mis on võimelised teostama teadus- ja arendustegevust algusest lõpuni ning kontrollima seadme kvaliteeti. töötada igal etapil. Nende ettevõtete hulka kuuluvad FSUE "NAMI", AB "Universal", mittetulundusühing "Salut", OJSC "NIAT" (Moskva), UMPO (Ufa), teaduslik uurimisinstituut "Masinaehitustehnoloogiad" (SPbSPU), OJSC "Tushinsky masinaehitus" taim "ja mitmed teised. Kuid mitte iga ettevõte ei ole selliseks integreeritud lähenemisviisiks võimeline, eriti riigi ükskõikse positsiooni tingimustes.

Üldiselt on olukord AF-tehnoloogiate kasutuselevõtmisega Venemaa tööstuses endiselt äärmiselt ebasoodne. Teadlased, insenerid ja tehnoloogid ei leidnud õigeid sõnu, et juhtida riigi tähelepanu ohtlikule mahajäämusele innovatsioonisfääris, mis on kodumaisele tööstusele hädavajalik. Ei leitud ühtegi argumenti, mis veenaks ametivõime vajaduses töötada välja riiklik programm lisanditehnoloogiate väljatöötamiseks, luua kodumaine automaatseadmete masinatööstus. Venemaa praktiliselt ei osale rahvusvahelistes organisatsioonides, millel on oluline mõju AF -tehnoloogiate arengule maailmas.

AF -tehnoloogiate rakendamise põhiprobleemid on ennekõike personal, kes, nagu teate, lahendab kõik; 3D-masinad ise, kvaliteetsed teravustamisseadmed, mida ei saa osta ega saa luua ilma valitsuse sihipärase toetuseta ühel või teisel kujul (mida muide tehakse valdavalt välismaal); materjalid on omaette ja keeruline interdistsiplinaarne probleem, mille lahendamine sõltub jällegi täielikult riigi poolse protsessijuhtimise kvaliteedist. Need on konkreetse tööstusharu jaoks ülekaalukad ülesanded. See on probleem, mida saab lahendada ainult siis, kui kõrghariduse, akadeemilise ja tööstusteaduse vahel on sihipärane koostoime.

ACTechi valukoda, mis ehitati Freiburgi (Dresdeni lähedale) 1990. aastate lõpus idapiirkondade renessansi ajal, on suurepärane näide riigi "turusekkumisest" keeruliste tehnoloogiliste probleemide lahendamisel. Tehas on meie standardite järgi üsna väike - ainult 6500 ruutmeetrit. meetrit kogupinda, mis on ehitatud nõelaga, avamaal ja oli varustatud kõige arenenumatega tehnoloogilised seadmed, mille peamine omadus olid AF -masinad liivavormide kasvatamiseks (EOS, München). See oli ehk esimene näide integreeritud lähenemisviis- tehas oli varustatud kaasaegne varustus reaalseks tööks 3D -keskkonnas: AF -masinad, mõõteseadmed, CNC -masinad, sulatus-, valukoja- ja termoseadmed. Praegu töötab seal umbes 230 inimest, kellest 80% on insenerid ja juhid. Nüüd on see üks kuulsamaid ülemaailmse mainega tehaseid, kelle klientideks on peaaegu kõik Saksamaa juhtivad autofirmad, paljud Euroopa ja Ameerika lennundusettevõtted. Piisab, kui saata tehasesse tulevase toote 3D -fail ja kirjeldada ülesannet: materjal, kogus, soovitud tootmisaeg ja see, mida soovite saada - valuvorm või täielikult töödeldud osa, sellest sõltub tarneaeg - alates 7 päeva kuni 8 nädalat. Tähelepanuväärne on see, et umbes 20% tellimustest on üksikud osad, umbes 40% on 2-5 osa tellimused. Peaaegu pooled valandid on malmist; umbes kolmandik on alumiinium; ülejäänud on teras ja muud sulamid. Tehase spetsialistid teevad aktiivset koostööd AF-seadmete tootjatega, teevad ülikoolidega ühiseid uuringuid, samuti on tehas edukas. kaubanduslik ettevõte ning uute tehnoloogiliste protsesside testimiskoht.

Uue toote elutsükkel.
Tööd viidi läbi ZAO MTÜ "Turbotekhnika" jaoks

Lisanditehnoloogiate turg Venemaal areneb, kuid see toimub väga aeglaselt, kuna nende tehnoloogiate õigele tasemele viimiseks on vaja riigi tuge. Pöörates piisavalt tähelepanu automaatse teravustamise tehnoloogiate rakendamisele, võivad need märkimisväärselt kiirendada reageerimist turuvajadustele ja majanduslikku efektiivsust paljud tööstusharud.

Kirill Kazmirchuk, SPbSPU teadusinstituudi "Masinaehitustehnoloogiad" asedirektor
Vjatšeslav Dovbysh, metallide ja polümeeride vaakumvalamise labori juhataja, uurimisinstituut "NAMI"

Fotod ja materjalid autorite poolt

Nagu teate, on 3D -printimiseks mitmeid meetodeid, kuid need kõik on lisandite tootmistehnoloogia tuletised. Sõltumata sellest, millist 3D -printerit kasutate, viiakse tooriku ehitus läbi, lisades kihti kihi kaupa toorainet. Hoolimata asjaolust, et kodumaiste inseneride poolt kasutatakse mõistet Lisatootmine väga harva, on kiht-kihiti sünteesitehnoloogiad tegelikult hõivanud kaasaegse tööstuse.

Ekskursioon mineviku lisandite tootmisse

Digitaalne tootmine on leidnud rakenduse meditsiinis, astronautikas, tootmises valmistooted ja prototüüpimine. Kuigi 3D-printimist peetakse laialdaselt üheks kahekümne esimese sajandi peamiseks avastuseks, ilmusid lisatehnoloogiad tegelikult juba mitu aastakümmet varem.

Tööstuse rajaja oli 3D -süsteemide asutaja Charles Hull. 1986. aastal pani insener kokku maailma esimese stereolitograafilise 3D -printeri, muutes digitehnoloogia tohutu hüppe edasi. Umbes samal ajal lasi Scott Crump, kes hiljem asutas Stratasysi, maailma esimese FDM -masina. Sellest ajast alates hakkas 3D -printimise turg kiiresti kasvama ja täienema ainulaadsete trükiseadmete uute mudelitega.

Alguses arenesid nii SLA kui ka FDM tehnoloogiad kõrvuti eranditult suunas tööstuslik tootmine 1995. aastal oli aga käes murrang, mis muutis lisandite valmistamise meetodid üldiselt kättesaadavaks. Massachusettsi tehnoloogiainstituudi tudengid Jim Bradt ja Tim Anderson on lisanud kiht-kihilt tehnoloogia tavapärase lauaarvuti printeri korpusesse. Nii asutati Z Corporation, mida on pikka aega peetud kodumajapidamiste 3D -printimise valdkonna liidriks.

Lisandite tootmistehnoloogia - innovatsiooni ajastu

Teravustamistehnoloogiaid on tänapäeval laialt levinud: uurimisorganisatsioonid kasutavad neid ainulaadsete materjalide ja kangaste loomiseks, tööstushiiglased kasutavad 3D -printereid uute toodete prototüüpimise kiirendamiseks, arhitektuuri- ja disainibürood on leidnud 3D -printimisel lõputu ehituspotentsiaali, samal ajal kui disaini -stuudiod sõna otseses mõttes sisse hingavad uus elu tänu lisamasinatele disainiärisse.

Kõige täpsem lisanditehnoloogia on stereolitograafia-meetod vedela fotopolümeeri järk-järgulise kiht-kihilise laserkõvastamise meetodiks. SLA-printereid kasutatakse peamiselt prototüüpide, makettide ja suure täpsusega disainikomponentide valmistamiseks.

Selektiivne laserpaagutamine kujunes algselt vedela fotopolümeeri kõvendamise täiustatud meetodiks. SLS -tehnoloogia võimaldab tindina kasutada pulbrilisi materjale. Kaasaegsed SLS -printerid on võimelised käsitsema keraamilist savi, metallipulbrit, tsementi ja keerulisi polümeere.

Valutööstus on hiljuti tutvustanud PolyJet masinaid, mis kasutavad klassikalist AF -tehnoloogiat. Need on varustatud kiire seadistusega tindiprinteripeadega. Tänapäeval pole InkJet 3D -printerid laialt levinud, kuid on võimalik, et mõne aasta pärast muutub 3D -tindiprinter sama laialdaseks kui klassikalised trükiseadmed. ExOne oli selle tööstusharu teerajaja oma S-Max prototüüpimismasinaga.

Kõige odavamad on endiselt FDM-printerid-seadmed, mis loovad kolmemõõtmelisi objekte kiht-kihilt sulatatud hõõgniidi abil. Kõige tavalisemad seda tüüpi printerid on masinad, mis prindivad sula hõõgniidiga. Neid saab varustada ühe või mitme prindipeaga, mille sees on kütteelement.

Enamik plastpõhiseid lisandprintereid on võimelised tootma ainult ühevärvilisi kujundeid, kuid viimasel ajal on 3D-printimise turule ilmunud masinad, mis kasutavad korraga mitut tüüpi hõõgniite. See uuendus võimaldab teil luua värvilisi esemeid.

AF -tehnoloogia väljavaated

Praegu pole 3D -printimise turg kaugeltki üleküllastunud. Tööstuse analüütikud nõustuvad, et lisanditehnoloogiatel on helge tulevik. Juba täna saavad uurimiskeskused, kes alahindavad AF-arenguid, tohutuid rahasüste kaitsekompleks ja meditsiinilised riigiasutused, mis ei tekita kahtlusi ekspertprognooside õigsuses!

Lisanditehnoloogia on suhteliselt noor, kuid väga populaarne nähtus. Selle tehnoloogia nimi pärineb ingliskeelsest terminist Additive Manufacturing, mis tähendab sõna -sõnalt “tootmine lisamise teel”. Lisanditehnoloogia tähendab tootmismeetodit tooraine kiht-kihi kogumise teel.

Kuulsaim näide lisanditehnoloogiate rakendamisest on populaarsed 3D -printerid. Kõik need seadmetüübid töötavad kiht-kihilt sünteesitehnoloogia abil.

Lisandite tootmistehnoloogiad on teinud revolutsioonilise läbimurde paljudes tööstusharudes - meditsiinis, ehituses, inseneriteaduses, inseneriteaduses, disainis.

Ekskursioon ajalukku

3D -printimistehnoloogiat peetakse 21. sajandi peamiseks avastuseks, kuid nende uuenduslike seadmete ajalugu ulatub 20. sajandisse. Tehnoloogia leiutaja ja uue tööstuse rajaja oli insener Charles Hull, 3D-Systems asutaja ja omanik.

1986. aastal ehitas Charles kõigi aegade esimese stereolitograafilise 3D -printeri. Umbes samal ajal lõi teine insener Scott Trump oma klassi esimese FDM-masina. Need kaks olulist leiutist tähistasid 3D -printimisturu plahvatusliku arengu algust.

Uus arenguetapp

Järgmine samm 3D-printimise arengus oli kiht-kihilt sünteesitehnoloogia juurutamine tavalise lauaarvuti 3D-printeri korpusesse, mille viisid läbi MIT-i üliõpilased Tim Anderson ja Jimmy Bradt. Seejärel asutasid nad Z-korporatsiooni, mis on pikaajaline tööstusharu juht.

Kaasaegsed lisanditehnoloogiad

Tänapäeval on lisanditehnoloogiad jõudsalt arenenud ja laialt levinud.

Ajalooliselt on kõige esimene ja kõige täpsem lisanditehnoloogia stereolitograafia. See on meetod polümeeri järkjärguliseks kuivatamiseks laseriga. Seda tehnoloogiat kasutatakse prototüüpimisel, paigutuste ja disainielementide valmistamisel, millel on kõrge detailsus.

Selektiivne laserpaagutamine on uuenduslik meetod vedela fotopolümeeri tahkestamiseks. See tehnoloogia võimaldab teil töötada tsemendi, keraamilise savi, keerukate polümeeride, metallipulbriga.

Igapäevases mõttes on kõige populaarsemad FDM -printerid, mis loovad esemeid plastkiudkihi kihiga. Kui varem said printerid luua objekte ühes värviskeemis, siis nüüd on turul seadmeid, mis kasutavad mitut tüüpi värvilisi plastkiude.

Lisatehnoloogiate keskus

Venemaa turul on noor ettevõte, mis on spetsialiseerunud lisanditehnoloogiate kasutamisele. JSC "Lisatehnoloogiate keskus" töötab projekteerimis-, inseneri- ja arvutuspädevuste, tehniliste lahenduste optimeerimise ja tootmise ristumiskohas.

Ettevõttel on suur tööstuslike 3D-printerite laevastik maailma juhtivatelt tootjatelt: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Keskuse töö peamine suund on koostöö ettevõtetega, et arendada ja müüa uusi tooteid ja ainulaadseid tehnoloogiaid. Keskus on spetsialiseerunud ka lauaarvutite kaasaskantavate 3D -printerite ja skannerite projekteerimisele ja tootmisele. Need 3D -seadmed on võimelised kehastama kodukeskkonnas prototüüpimise tehnoloogiaid ja sobivad ideaalselt lisatehnoloogiate ja 3D -printimise põhitõdedega tutvumiseks.

Lisatehnoloogiad masinaehituses

Lisatehnoloogiaid kasutatakse autotööstuses aktiivselt. Ameerika inseneri Jim Korri meeskond, Kor Ecologic asutaja, on rohkem kui 15 aastat töötanud 3D -auto esimese prototüübi Urbee projekti kallal. Olgu öeldud, et printerile on trükitud ainult kere ja mõned detailid - auto raam on metallist.

Sellel autol on väike tippkiirus 112 kilomeetrit, kuid kere konstruktsiooni tõttu on see väike takistus ja suudab elektrimootoriga sõita umbes 65 kilomeetrit.

Lisatehnoloogiat kasutatakse ka Ameerika ettevõtte Local Motors prototüübis, mis valmistab oma elektriautosid masstootmiseks ette. Ettevõtte prototüüpidel on kaasaegne disain, suur jõuvaru ja tehisintellekt.

Lisatehnoloogiad: rakendus

Kaasaegses maailmas kasutatakse lisatehnoloogiaid paljudes tööstusharudes ja neid saab potentsiaalselt kasutada igas. Maailma kõmulehed šokeerivad perioodiliselt uudiseid selle kohta, kuidas 3D -printeriga trükiti relv, inimorgan, riided, maja, auto.

Nende tehnoloogiate arengupotentsiaal on tõesti suur ja suudab kiirendada teaduse ja tehnoloogia arengu arengut suurusjärgu võrra - teaduslaborid loovad 3D -printerite abil uuenduslikke materjale ja kangaid. Lisanditehnoloogiate kasutamine tööstuses võimaldab tootjatel kiirendada uute disainilahenduste prototüüpide koostamist ja lühendada teed ideest teostuseni. Arhitektuurne ja ehitustööstus püüdes 100%kasutada lisatehnoloogiate potentsiaali. Disainitööstus on tänu lisandite tootmisele uue arengufaasis.

Tööstusharu arenguväljavaated on äärmiselt soodsad. Finantsanalüütikud ennustavad 3D -printimise turul plahvatuslikku kasvu. Teadus- ja arenduskeskusi, mis tegelevad lisandite arendamisega, rahastavad kaitsekompleks ja meditsiinilised riigiasutused

Teadustegevuse saavutuste tõttu inimelus pidevalt ilmuvate tehnoloogiate hulgas on neid, mida nimetatakse "lisandiks". See määratlus pärineb laenatud sõnast "additiivsus" või täpsemalt ingliskeelsest fraasist "additive production" (lühend - AF), mis sõna otseses mõttes tõlkes tähendab "lisatootmine". Mis see siis on ja kuidas saab seda tüüpi tehnoloogia tänapäeva ühiskonnale kasulik olla?

Olemus

Lisatehnoloogiad on digitaaltööstuse haru ning need on toodete ja erinevate toodete valmistamise meetod, milles objekti kihid ehitatakse üles 3D -printimiseks mõeldud arvutiseadmete abil. Milliseid materjale nad täidavad? Tavaliselt on need vaha-, metalli- ja kipsipulbrid, polüstüreen (värvitu ja klaasjas polümeer, mis meenutab plastikut), polüamiidid (plastid), vedelad fotopolümeerid (toorikud, mis on karastatud kokkupuutel valguse, enamasti ultraviolettkiirgusega) jne.

Tekkimine: kuidas see oli

Lisaseadmete ajalugu sai alguse 1986. aastal, kui ultravioletttoodete esindaja Charles Hull (praegune asepresident ja tegevjuht) Tehnikadirektor oma organisatsioon "3D Systems") kavandas maailma esimese stereolitograafilise printeri kolmemõõtmeliseks printimiseks. Mehhanism toodeti peamiselt USA kaitsekompleksi õigeaegseks varustamiseks. Hull juhtis tähelepanu asjaolule, et üksikute osade loomine ja seejärel kokkupanek võtab palju aega ja vaeva. Seetõttu otsustas ta mitte ainult ultraviolettkiirguse abi kasutada, vaid ka oma plaanid võimalikult ratsionaalselt ellu viia. Niisiis, mees pani kõigepealt mitu tuhat plastkihti üksteise peale ja alles siis kinnitas need ühe ultraviolettkiirgusega.

Hiljem lahkus Charles pankrotistunud UVP -ettevõttest, kuid ei tahtnud lõpetada oma vaimusünnituse arendamist - ta patenteeris 1983. aastal tehnilise leiutise ja asutas isiklikult ettevõtte, mis seejärel kasvas tõelise korporatsiooni ulatusse. Tänapäeval on "3D Systems" üks võtmetegijaid printerite, toodete ja tarkvara turul mahuliste toodete loomiseks.

Edasine lisanditehnoloogiate väljatöötamine sai tänu Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi kaasõpilastele. 1993. aastal otsustasid Jim Bradt ja Tim Anderson olemasolevaid arendusi oma ideedega kvalitatiivselt täiendada ning seetõttu võtsid ja muutsid tavapärase 2D -printeri 3D -printimise seadmeks. Moderniseeritud seadmes ei kasutatud mitte paberilehti, vaid liimile sarnast spetsiaalset vedelat kompositsiooni, mis pihustati peamise täiteaine (polümeer, metall või kipspulber) õhukestele kihtidele ja karastati. Bradt ja Anderson andsid AF -le ülemaailmse kuulsuse, sest muutsid need populaarsemaks ja mitmekülgsemaks. 1995. aastal korraldasid sõbrad oma organisatsiooni "Z Corporation", mille edu ei jäänud "3D Systems" märkamata - 2012. aastal omandas see väiksema, kuid mitte vähem paljutõotava ettevõtte ning nende tipptasemel projektid hakkasid ilmuma ühine logo.

Eesmärk ja rakendus

Kõik see tähendas ainult ühte asja - uude ajastusse sisenemist, kvalitatiivset muutust paljudes tootmisvaldkondades ja lihtsustamist organisatsioonilised protsessid! Näiteks autotööstuses on prototüüpimise etapp oluliselt kiirenenud, sest peaaegu kõiki komponente, olgu need siis võimsad mootorid või tavalised nupud ja hoovad, hakati looma 3D -printimistehnoloogia täieliku või osalise kasutamisega.

Lisaks hakkasid ettevõtted märkimisväärselt kokku hoidma, sest nüüd toodetakse:

ei vaja enam nii erinevaid tööriistu kui varem;
võib läbi viia väiksema arvu töötajate järelevalve all. Tegelikult piisab detaili õigeks loomiseks 1-2 insenerist. Peamine asi, mida neilt nõutakse, on täielikud ja igakülgsed teadmised inseneri- ja disainilahendustest. tehnilised struktuurid, samuti arusaam AF seadistustega töötamise iseärasustest.

Sarnaseid printereid kasutatakse aktiivselt ... meditsiinis! See võib tunduda võimatu, kuid isegi tänapäeval kasutatakse kolmemõõtmelisi tooteid asendus- ja rekonstruktsioonielementidena, näiteks näo- ja lõualuukirurgia osas. 2018. aasta märtsis avati Manchesteris kliinik, mis on spetsialiseerunud varraste, proteeside ja plaatide tootmisele 3D -printeritel, mis on täidetud plast- või metallisegudega. Kuigi ainuüksi PolyJet maksis haiglale 42 000 dollarit, tasub juhtkonna hinnangul oma 3D -printimislaborisse investeerimine end ära kiiremini kui vahendajate pidev kasutamine. Kliiniku töötajad ennustavad, et viie aasta pärast muutuvad sellised keskused kohustuslikuks meditsiini- ja taastusasutustes, eriti kui nad tegelevad onkoloogiliste, ortopeediliste, neuroloogiliste ja reumatoloogiliste haigustega.

Huvitav fakt! AF -i kasutatakse ka kunstjäsemete valmistamiseks.

2017. aastal Jordaania pealinnas alanud pilootprogramm mitte ainult ei hoogu, vaid näitab positiivseid tulemusi. Ammanis ravitakse inimesi, kes põgenevad vaenutegevuse eest Süürias, Jeemenis ja Iraagis. Niisiis, juba 5 vabatahtlikku said "trükitud" proteesid, mis esiteks maksid neile palju odavamad kui tavalised (umbes 20 dollarit versus sadu dollareid), ja teiseks tehti need, võttes arvesse individuaalseid omadusi ja kehaparameetreid.

Lisatehnoloogiad vallutavad ka teisi valdkondi: arhitektuur, lennukite ehitus, spordivahendite ja lastele mõeldud kaupade tootmine ... Nende rakendusala laieneb ja tööjõud ja palk tõuseb.

Lisateave mõne AT tüübi kohta

Ei ole üleliigne mainida, kuidas mahukas toode luuakse igal konkreetsel juhul. Kõige populaarsemad lisandite tootmise meetodid on:

Sulatatud ladestumise modelleerimine, FDM-modelleerimine kiht-kihilt sadestamise teel. Objekt on ehitatud vastavalt punktile tarkvara matemaatiline digitaalne mudel spetsiaalsest plastniidist (õngenöör), mis sulab teatud temperatuurini ja muutub seetõttu piisavalt paindlikuks soovitud kuju saamiseks. Abistruktuurid eemaldatakse käsitsi või spetsiaalses vedelikus lahustades ning valmistoode jäetakse kas trükitud kujul või jäetakse järeltöötluseks (värvimine, poleerimine, lihvimine, liimimine jne). Toodetud osad on alati erinevad head omadused, näiteks kulumiskindlus ja kuumuskindlus.

ColorJetPrinting, CJP. Selle arenenud tehnoloogia olemus seisneb kipsi ja plasti baasil komposiitpulbri kasutamises, mida mitte ainult ei kihistata kihiti, vaid ka värvitakse erinevaid värve palett CMYK, sealhulgas kuni 390 000 tooni! Siiani pakub värvitrükki ainult CJP. Lisaks võimaldab see AT ka toodete pinnal paljundada erinevaid tekstuure aastal kõrglahutus... Vaatamata lõpptoodete keskmisele tugevusele ja kergele karedusele kasutatakse ColorJetPrintingut, mida iseloomustab madal hind, aktiivselt arhitektuurimudelite, inimeste miniatuursete kujundite, esitlusproovide ja muude visuaalsete objektide loomiseks.

SelectiveLaserStering, SLS - selektiivne laserpaagutamine. Siin pulbermaterjalid (plastid ja polüamiidid) paagutatakse laserkiirega. See meetod sobib samaaegselt suurtele tööstustoodetele, keerulise geomeetria ja detailse struktuuriga objektidele ning ühe trükiseansi jooksul toodetud partiidele. SLS -tehnoloogiat ajatakse sageli segi SelectiveLaserMelting ehk SLM -iga. Nende erinevus seisneb selles, et esimesel juhul on sulandumine osaline ja toimub ainult osakeste pinnal, teisel juhul on tulemuseks tahke monoliidi teke.

Konverentsid Venemaal

Venemaa riiklik AT -turg on endiselt vähearenenud. Sfääri potentsiaali ei avalikustata personalipuuduse, materjali ja varustuse puudumise ning korraliku riikliku toetusprogrammi puudumise tõttu.

Sellele vaatamata üritavad mõned institutsioonid omal käel edendada Venemaa ühiskonna tutvumist AF edasijõudnute saavutustega. Üks neist organisatsioonidest on Ülevenemaaline Lennundusmaterjalide Uurimisinstituut (VIAM), mille esindajad korraldavad igal aastal temaatilisi konverentse lisanditehnoloogia kohta. Oma aru annavad kodumaised ja välismaised teadlased ja tööstustöötajad, kes on huvitatud traditsiooniliste tootmisvormide asendamisest uuenduslike meetoditega. Tänavu sai 30. märtsil toimunud üritusest järjest 4.. Eeltaotlusi esitanud osalejad said osaleda konverentsil, mis toimus loosungi all "Olevik ja tulevik".

Lisatehnoloogiaid kasutatakse aktiivselt energeetikas, instrumentide valmistamises, lennunduses, kosmosetööstuses, kus on suur nõudlus keeruka geomeetriaga toodete järele.Paljud Venemaa ettevõtted on lisatehnoloogiaga juba tuttavaks saanud. Juhime teie tähelepanu materjal almanahhist Tootmise juhtimine, mis kirjeldab mitmeid näiteid 3D -printimise tõhusast rakendamisest.

Lisatehnoloogiad on avanud võimaluse valmistada igasuguse keerukuse ja geomeetriaga osi ilma tehnoloogiliste piiranguteta. Osade geomeetriat saab muuta projekteerimis- ja katsetamisetapis.

Failide ettevalmistamine printimiseks toimub standardse tarkvaraga arvutites, STL -failid võetakse tööle. See on tänapäeval laialdaselt kasutatav 3D -objektide salvestusvorming stereolitograafiliste 3D -printerite jaoks. Investeeringud projekti ulatusid umbes 60 miljoni rublani.

Alexander Zdanevich, NPK United Wagon Company IT -direktor: „Lisatrükitehnoloogiad arenevad edasi ja tõenäoliselt muudavad need lähitulevikus mitmete tööstusharude nägu. See kehtib peamiselt ettevõtete kohta, kes toodavad tükikaupa konkreetse tellimuse jaoks. Masstootmisega on olukord keerulisem, kuigi selles valdkonnas kasutatakse juba erinevat tüüpi 3D -printereid.

Hulgi sünteesi tehnoloogiaid on palju. Tööstuslikuks rakendamiseks on üks paljulubavamaid. Protsessi võib jagada kaheks etapiks. Esiteks moodustatakse ehituskiht vedela fotopolümeeri kujul, mis on ühtlaselt jaotatud tööplatvormi pinnale. Seejärel kõvendatakse selle kihi lõigud valikuliselt vastavalt arvutile ehitatud 3D -mudeli praegusele jaotisele.

Rakendatakse raudteetehnikas seda tehnoloogiat saab kasutada valukoja ettevalmistusetapis, eelkõige valukomplekti tootmisel. Sama tööriistakomplekti, mis on iga valu jaoks ainulaadne, kasutatakse tuhandete vastavate valuvormide tootmistsüklite jaoks.

Lõpptoote kvaliteet sõltub otseselt kõigi disainerite esitatud parameetrite täpsusest, mida on täheldatud tööriistakomplekti valmistamise protsessis. Traditsiooniline tööriistakomplekti valmistamise meetod materjalide (metall, plast, mõnikord puit) mehaanilise töötlemise abil on väga töömahukas ja aeganõudev (mõnikord võtab see aega kuni mitu kuud) ning on vigade suhtes tundlik.

"Trükitud" mudelitesse saab sisse ehitada ka muid komponente ja komplekte. 3D-printimine tasub end täielikult ära tänu suurele prototüüpimise kiirusele, samuti "laua ümbertöötamise" tõttu otse WGC-s, mis säästab palju aega ja raha, selle asemel, et teha täiemahulisi proove "riistvaras" tootmine.

Märkimisväärset tööd lisanditehnoloogiate arendamisel teeb Riiklik korporatsioon "Rosatom"... Juhtkond on kindel, et varsti on riigikorporatsioonil olemas kõik "digitaalse tootmise" komponendid - alates materjalide, seadmete, tehnoloogiate arendamisest kuni toodete tootmiseni. Tööstus rakendab lisatehnoloogiate programmi, see koosneb alajaotistest: tehnoloogia, tooraine, seadmed, standardimine. Kolm instituuti tegelevad Rosatomi 3D -printimiseks mõeldud metallipulbrite tootmise tehnoloogiate väljatöötamisega: Giredmet, VNIIKhT, VNIINM. Samal ajal käib töö loomisega prototüüp 3D -printer metall- ja komposiittoodete 3D -printimiseks. Rosatom plaanib proovi esitada 2017. aasta lõpuks.

3D-printimine tasub end täielikult ära tänu suurele prototüüpimise kiirusele, samuti tänu WGC-s lauale tehtud "ümbertöötamisele", mis säästab palju aega ja raha, selle asemel, et teha täismahus proove "riistvaras" tootmine.

„2018. aasta alguseks peame Rosatomi kogu lisatehnoloogiate tsükli sulgema. Meil on vaja veel üks aasta, et käivitada oma installeerimise pilootproov, ja umbes sama - jõuda kokkuleppele kõigi osapooltega, kes tagavad kasutatud regulatiivkomponendi, ”ütles Alexey Dub.

Rosatomi struktuuris arendatakse lisanditehnoloogiaid kütusefirmas TVEL, mis teeb aktiivset koostööd UrFU -s loodud piirkondliku insenerikeskusega, töötades Vene 3D -printeri loomise kallal. Pulbermetallurgia ei ole Uurali elektrokeemiakombinaadi ja selle ettevõtete jaoks uudsus. Näiteks elektrokeemiliste muundurite tehases kasutati pulbreid filtrite tootmisel uraani gaasi difusiooniks isotoopide eraldamise ajal, samuti joodiste ja pindade pihustamiseks.

Tomski Polütehnilise Ülikooli teadus- ja hariduskeskuses "Kaasaegsed tootmistehnoloogiad"

Laserprinterite valdkonnas on üks teerajajaid teadus- ja hariduskeskus "Kaasaegsed tootmistehnoloogiad" Tomski polütehniline ülikool... See on varustatud elektronkiire sulandprinteriga (elektronkiirega), laserprinter, printerid, mis trükivad tugevdatud komposiitmaterjalidega, samuti ultraheli tomograaf, mis teostab valmistoodete mittepurustavat katsetamist siin, "masina juures". Keskuse spetsialistid toodavad AM -seadmeid, töötavad nende jaoks välja tarkvara ja kavatsevad "laborist" kaugemale liikuda.

Kogu tootmistsükkel pannakse paika TPU lisandite tehnoloogiate keskuses - ideest kuni valmistoote elluviimiseni. Võimalik on toota ja katsetada kosmoseaparaatide naha osi, kraniofacia kirurgia implantaate, keeruka kujuga tooteid ja palju muud, aga ka luua uusi digitaalseid installatsioone, näiteks ISS -i instrumentide trükkimiseks. "Meie ainulaadsete tehnoloogiate abil saame luua importi asendavaid tooteid, mis on mitu korda odavamad kui imporditud kolleegid, samas kui kvaliteet pole halvem," ütles keskuse direktor Vassili Fedorov.

Lisanditehnoloogiate arendamisel on ka piiranguid.

Esiteks, tehnoloogia (seadmete ja materjalide) kõrge hind, kuid tehnoloogia arendamise käigus väheneb hind järk -järgult.
Teiseks on puudus kvalifitseeritud töötajatest, kes tunnevad tehnoloogiat.
Kolmandaks tekitab ebapiisav areng, metroloogilise toe puudumine muret ülitähtsate osade tootmisel.
AM-protsessid (lisanditootmine) ei ole veel toodete tootmistehnoloogiasse integreeritud."On selge, et ükski vastutustundlik disainer ei pane osa vastutustundlikust tootest, teadmata, kui kaua see kestab," kommenteeris Alexey Dub.
Oluliseks ülesandeks on vajadus töötada välja lisaainete, tehnoloogiliste protsesside, pulbrite ja kompositsioonide sertifitseerimise ja standardimise süsteem. Nende probleemide lahendamiseks moodustas Rosstandart tehniline komitee, mis tegeleb regulatiivsete dokumentide loomisega lisatehnoloogiate valdkonnas.

3D -printimine hakkab levima üle maailma ja Venemaa ei tohiks selles vallas maha jääda. Nende tehnoloogiate kasutamine võimaldab teil vähendada toote maksumust, kiirendada selle disaini ja tootmist.
- tööstus- ja kaubandusministeeriumi juhataja Denis Manturov

Järeldus

Populaarsus kasvab pidevalt. Kuigi maailmaturu kogumaht on suhteliselt väike (umbes 6 miljardit dollarit), ei saa iga -aastased kasvumäärad muljet avaldada - keskmiselt 20–30%. Siiski pole siiani üksmeelt lisanditehnoloogiate rolli hindamisel tööstuses: mõned ütlevad, et 3D -printimismeetodite kasutuselevõtt toob kaasa tööstuse allakäigu traditsioonilises mõttes, teised aga väidavad, et 3D -printeritest saab vaid üks tootmisskeemide elemente. Kuid vaatamata kõigile olemasolevatele erimeelsustele ei saa eitada tööstuses lisanduvate tehnoloogiate suurt lubadust.

Keeruka geomeetriaga ja konkreetsetest materjalidest toodete otsene kasvatamine osutub majanduslikust seisukohast väga tulusaks. See säästab materjali, aega ja vähendab vigade riski. 3D-printerid ei ole enam "kallis mänguasi"; täna on neil võtmetehnoloogiate hulgas täieõiguslik koht