Prilagodljive tehnologije u industriji. Aditivna proizvodnja (AM). Aditivne tehnologije u obrazovanju

Ispis

Dijelovi i materijali

Aditivne tehnologije u ruskoj industriji

AF tehnologije su učinkovita poveznica moderna proizvodnja

Aditivne tehnologije (AF - Additive Manufacturing), odnosno tehnologije sinteze sloj-po-sloj, danas su jedno od područja "digitalne" proizvodnje koja se najdinamičnije razvija. Oni dopuštaju red veličine da ubrzaju istraživanje i razvoj i rješavanje predproizvodnih zadataka, a u nekim se slučajevima već aktivno koriste za proizvodnju gotovih proizvoda.

U nedavnoj prošlosti, prije 10-15 godina, aditivne tehnologije su se uglavnom koristile u tradicionalno tehnološki naprednim industrijama - automobilskoj, zrakoplovnoj i svemirskoj industriji, kao i u izradi instrumenata i medicini, gdje je tandem vrijeme-novac oduvijek bio posebnu važnost.

U eri inovativnog gospodarstva vrijeme utrošeno na proizvodnju proizvoda je najvažniji faktor uspjeh ili neuspjeh poslovanja. Čak i visokokvalitetni proizvod može ostati nepotražen ako je tržište do trenutka kada je novi proizvod pušten u prodaju već zasićeno sličnim proizvodima konkurentskih tvrtki. Stoga sve više područja industrije aktivno svladava AF tehnologije. Sve više ih koriste istraživačke organizacije, arhitektonski i dizajnerski biroi, dizajnerski studiji i samo pojedinci za kreativnost ili kao hobi. Na mnogim fakultetima i sveučilištima aditivni strojevi ili kako ih često nazivaju 3D printeri sastavni su dio obrazovnog procesa za stručno inženjersko usavršavanje.

Postoje mnoge tehnologije koje se mogu nazvati aditivnim, imaju jednu zajedničku stvar: model se gradi dodavanjem materijala (od engleskog add - "dodaj"), za razliku od tradicionalnih tehnologija, gdje se stvaranje dijela događa uklanjanjem " višak" materijala.

Klasična i najtočnija tehnologija je SLA (od Stereolithography Apparatus), ili stereolitografija, sloj-po-slojno stvrdnjavanje tekućeg fotopolimera laserom.

Postoji mnogo vrsta fotopolimernih sastava, pa je raspon primjene prototipova dobivenih SLA tehnologijom vrlo širok: makete i makete za aerodinamička i hidrodinamička ispitivanja, ljevaonički i master modeli, projektni modeli i prototipovi, funkcionalni modeli itd.

Selektivno lasersko sinteriranje - SLS-tehnologija (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) - drugo važan smjer aditivne tehnologije.

Ovdje je građevni (modelni) materijal slobodno tečni, praškasti materijali, a laser nije izvor svjetlosti, kao kod SLA strojeva, već izvor topline, kroz koji se spajaju čestice praha. Kao modelni materijali koriste se veliki broj polimernih i metalnih prahova.

Poliamid u prahu se uglavnom koristi za funkcionalno modeliranje, izradu prototipa i proizvodnju upravljačkih sklopova. Polistiren se koristi za proizvodnju lijevanih kalupa.

Zaseban smjer je sloj po sloj lasersko sinteriranje (fuzija) sastava metalnog praha. Razvoj ovog smjera AF-tehnologija potaknuo je razvoj tehnologija za dobivanje metalnih prahova. Danas nomenklatura metalnih sastava ima široku paletu materijala na bazi Ni i Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), na bazi Fe (čelici za alate: 18Ni300, H13; nehrđajući čelik: 316L), na bazi Ti (Ti6-4 , CpTigr1) na bazi Al (AlSi10Mg, AlSi12). Proizvode se prahovi bronce, specijalnih legura, ali i plemenitih metala - uglavnom za potrebe dentalne medicine.

Iz metalnih prahova "uzgajaju" se kalupi, specijalni alati, originalni dijelovi složene konfiguracije koje je teško ili nemoguće dobiti lijevanjem ili obradom, implantati i endoproteze i još mnogo toga. Već sada, s proizvodnjom u komadu i malom razmjerom, često postaje ekonomski isplativo "uzgajati" malu seriju dijelova na SLS stroju, umjesto da proizvodi ljevaonice ili alate za kalupljenje. U kombinaciji s HIP (vrućim izostatičkim prešanjem) i odgovarajućom toplinskom obradom, takvi dijelovi ne samo da su dobri kao lijevani ili kovani proizvodi, već ih i premašuju u čvrstoći za 20-30%.

Vrlo široki izgledi otvaraju se za još jednu aditivnu tehnologiju - tehnologiju inkjet tiska - InkJet ili PolyJet tehnologiju. Ova tehnologija uključuje primjenu materijala modela ili vezivnog sastava pomoću mlaznih glava. InkJet tehnologije su od posebnog interesa za ljevaonice.

Omogućuju izravan "uzgoj" kalupa za lijevanje, odnosno "negativ" dijela, te isključivanje faza izrade opreme za kalupljenje - glavnog modela i modela za lijevanje. ExOne (i njegova podružnica ProMetal GmbH) proizvodi strojeve tipa S-Max, koji se ne postavljaju kao "strojevi za izradu prototipa", već kao sasvim "obična" tehnološka industrijska oprema ugrađena u opći tehnološki lanac proizvodnje ne samo eksperimentalnih, već i također serijski proizvodi... Gotovo sve automobilske tvrtke u svijetu nabavile su takve automobile. Razumljivo je - uz njihovu pomoć postalo je moguće, ne nekoliko puta, već za red veličine, smanjiti vrijeme utrošeno na istraživanje i razvoj na kritičnim pozicijama za proizvođače automobila - ljevaonički dijelovi: blokovi i glave motora, osovine i mjenjači, dijelovi za čiju su izradu u tradicionalnoj probnoj proizvodnji utrošeni mjeseci, a uzimajući u obzir eksperimentalno fino ugađanje i pripremu proizvodnje - mnogo mjeseci. Sada dizajner može vidjeti svoj novi motor na ispitnom stolu ne šest mjeseci kasnije, već dva tjedna nakon završetka tehničkog projekta.

Danas u Rusiji postoji mnogo tvrtki koje pružaju usluge izrade prototipa, ali uglavnom to jesu mala poduzeća s jednim ili dva jeftina 3D pisača koja mogu uzgajati jednostavne dijelove. To je zbog činjenice da je visokotehnološka oprema sposobna pružiti visoka kvaliteta proizvodi su skupi i zahtijevaju kvalificirano, posebno obučeno osoblje za rad i održavanje. Ne može si to priuštiti svaka tvrtka, jer je za kupnju potrebno jasno razumjeti kako i koliko učinkovito će se ova oprema koristiti, hoće li biti opterećena radom. Slabost takvih tvrtki je nedostatak složenosti u rješavanju problema. U najboljem slučaju, posao je ograničen na pružanje prilično jednostavne usluge - izradu prototipa ili modela na ovaj ili onaj način. Dok AF tehnologije nisu samo i ne toliko 3D printer, već važan dio 3D okruženja u kojem se rađa novi proizvod - od ideje dizajnera do materijalizacije njegovih ideja u masovnoj proizvodnji. Okruženje u kojem Novi proizvod stvoren, "živi", operiran, popravljen do kraja " životni ciklus"ovog proizvoda.

Stoga, za potpunu upotrebu AF tehnologija, morate stvoriti ovo okruženje: ovladati 3D dizajnom i modeliranjem, CAE i CAM tehnologijama, tehnologijama digitalizacije i reinženjeringa, srodnim tehnologijama, uključujući prilično tradicionalne, ali preformatirane za 3D okruženje. Štoviše, svladati ga ne na jednom sveučilištu ili velikom pogonu - takvih industrija općenito ima na svim razinama - to nije čak ni u zasebnoj, na primjer, zrakoplovnoj ili automobilskoj industriji. Tada AF-tehnologije neće izgledati kao egzotične užitke, već potpuno prirodna i učinkovita poveznica u općem 3D-okruženju stvaranja, proizvodnje i životnog ciklusa proizvoda.

Na tržištu postoje i velike tvrtke koje imaju vrhunsku opremu, koje u pravilu rješavaju prilično složene proizvodne probleme i pružaju širi spektar korisnih usluga koje prate izradu prototipa, sposobne provoditi istraživanje i razvoj od početka do kraja i kontrolirati kvalitetu. rada u svakoj fazi. Ova poduzeća uključuju FGUP "NAMI", AB "Universal", NPO "Salyut", OJSC "NIAT" (Moskva), UMPO (Ufa), Znanstveno-istraživački institut "Tehnologije gradnje strojeva" (SPbSPU), OJSC "Tushinsky Machine-building biljka" i niz drugih. Međutim, nije svako poduzeće sposobno za takav integrirani pristup, pogotovo u uvjetima indiferentne pozicije države.

Općenito, situacija s uvođenjem AF-tehnologija u rusku industriju ostaje iznimno nepovoljna. Znanstvenici, inženjeri i tehnolozi nisu našli prave riječi kojima bi skrenuli pozornost države na opasno zaostajanje u inovacijskoj sferi koje je prijeko potrebno domaćoj industriji. Nisu našli argumente koji bi uvjerili vlasti u potrebu razvoja nacionalnog programa za razvoj aditivnih tehnologija, za stvaranje domaće industrije AF-strojeva. Rusija praktički ne sudjeluje u međunarodnim organizacijama koje imaju značajan utjecaj na razvoj AF tehnologija u svijetu.

Ključni problemi u implementaciji AF tehnologija su prije svega kadrovi koji, kao što znate, sve rješavaju; Sami 3D strojevi, visokokvalitetna AF oprema koja se ne može kupiti i ne može se stvoriti bez ciljane podrške vlade u ovom ili onom obliku (što se, inače, u velikoj većini slučajeva radi u inozemstvu); materijali su zaseban i složen problem interdisciplinarnog karaktera čije rješenje, opet, u potpunosti ovisi o kvaliteti upravljanja procesima od strane države. To su neodoljivi zadaci za određenu industriju. To je problem koji se može riješiti samo ako postoji svrsishodna interakcija između visokog obrazovanja, akademske i industrijske znanosti.

Ljevaonica ACTech, izgrađena u Freiburgu (blizu Dresdena) kasnih 1990-ih tijekom renesanse istočnih teritorija, izvrstan je primjer „tržišne intervencije“ države u rješavanju složenih tehnoloških problema. Tvornica je po našim standardima prilično mala - samo 6.500 četvornih metara. metara ukupne površine, izgrađen iglom, na otvorenom terenu i opremljen najnaprednijim tehnološke opreme, čija su glavna značajka bili AF strojevi za uzgoj pješčanih kalupa (iz EOS-a, München). Ovo je možda bio prvi primjer integrirani pristup- pogon je opremljen suvremenom opremom za stvarni rad u 3D okruženju: AF strojevi, mjerna oprema, CNC strojevi, talionica, ljevaonica i termalna oprema. Trenutno tamo radi oko 230 ljudi, od kojih su 80% inženjeri i menadžeri. Sada je to jedna od najpoznatijih tvornica sa svjetskim ugledom, čiji su klijenti gotovo sve vodeće automobilske tvrtke u Njemačkoj, mnoge europske i američke zrakoplovne tvrtke. Dovoljno je poslati 3D datoteku budućeg proizvoda u tvornicu i opisati zadatak: materijal, količinu, željeno vrijeme proizvodnje i što želite dobiti - odljevak ili potpuno obrađeni dio, o tome ovisi vrijeme isporuke - od 7 dana do 8 tjedana. Važno je napomenuti da su oko 20% narudžbi pojedinačni dijelovi, oko 40% su narudžbe za 2-5 dijelova. Gotovo polovica odljevaka je lijevano željezo; oko trećine je aluminij; ostalo je čelik i druge legure. Stručnjaci tvornice aktivno surađuju s proizvođačima AF-opreme, provode zajednička istraživanja sa sveučilištima, tvornica je također uspješna trgovačko poduzeće, te poligon za nove tehnološke procese.

Životni ciklus novog proizvoda.
Radovi su izvedeni za ZAO NPO "Turbotehnika"

Tržište aditivnih tehnologija u Rusiji se razvija, ali to se događa vrlo sporo, jer je za dovođenje ovih tehnologija na odgovarajuću razinu potrebna državna potpora. Uz dužnu pozornost na implementaciju AF tehnologija, mogu značajno povećati brzinu odgovora na potrebe tržišta i ekonomska učinkovitost mnoge industrije.

Kirill Kazmirchuk, zamjenik direktora Istraživačkog instituta "Inženjerske tehnologije", SPbSPU
Vyacheslav Dovbysh, voditelj Laboratorija za vakuumsko lijevanje metala i polimera, Istraživački institut "NAMI"

Fotografije i materijale osigurali autori

Kao što znate, postoji nekoliko metoda 3D ispisa, ali sve su derivati tehnologije aditivne proizvodnje. Bez obzira koji 3D printer koristite, izrada izratka se provodi dodavanjem sirovina sloj po sloj. Unatoč činjenici da domaći inženjeri vrlo rijetko koriste pojam aditivna proizvodnja, tehnologije sinteze sloj-po-sloj zapravo su okupirale modernu industriju.

Putovanje u prošlost aditivne proizvodnje

Digitalna proizvodnja našla je svoju primjenu u medicini, astronautici, proizvodnji Gotovi proizvodi i izradu prototipa. Iako se 3D ispis naširoko smatra jednim od glavnih otkrića dvadeset i prvog stoljeća, u stvarnosti su se aditivne tehnologije pojavile nekoliko desetljeća ranije.

Industriju je pionir Charles Hull, osnivač tvrtke 3D Systems. Godine 1986. inženjer je sastavio prvi stereolitografski 3D pisač na svijetu, čime je digitalna tehnologija napravila veliki korak naprijed. Otprilike u isto vrijeme, Scott Crump, koji je kasnije osnovao Stratasys, lansirao je prvi FDM stroj na svijetu. Od tada je tržište 3D ispisa počelo ubrzano rasti i puniti se novim modelima jedinstvene opreme za ispis.

Isprva su se i SLA i FDM tehnologije razvijale rame uz rame isključivo u smjeru industrijska proizvodnja Međutim, 1995. godine sazrela je prekretnica koja je učinila metode aditivne proizvodnje općenito dostupnima. Studenti Massachusetts Institute of Technology Jim Bradt i Tim Anderson ugradili su tehnologiju sloj po sloj u tijelo konvencionalnog stolnog pisača. Tako je osnovana Z Corporation, koja se dugo smatrala vodećom u području 3D ispisa u kućanstvu.

Tehnologija aditivne proizvodnje - doba inovacija

AF tehnologije su danas sveprisutne: istraživačke organizacije ih koriste za stvaranje jedinstvenih materijala i tkanina, industrijski divovi koriste 3D pisače za ubrzanje izrade prototipa novih proizvoda, arhitektonski i dizajnerski biroi pronašli su beskrajan potencijal izgradnje u 3D ispisu, dok su dizajnerski studiji doslovno udahnuli novi život u posao dizajna zahvaljujući strojevima za dodatke.

Najtočnija aditivna tehnologija je stereolitografija - metoda postupnog laserskog stvrdnjavanja tekućeg fotopolimera sloj-po-sloj. SLA pisači se prvenstveno koriste za izradu prototipa, maketa i komponenti visokopreciznog dizajna s visokom razinom detalja.

Selektivno lasersko sinteriranje izvorno se pojavilo kao poboljšana metoda za stvrdnjavanje tekućeg fotopolimera. SLS tehnologija omogućuje korištenje praškastih materijala kao tinte. Moderni SLS pisači sposobni su za rukovanje keramičkom glinom, metalnim prahom, cementom i složenim polimerima.

Lijevačka industrija nedavno je predstavila PolyJet strojeve koji koriste klasičnu AF tehnologiju. Opremljeni su glavama za inkjet ispis koji se brzo postavljaju. Danas InkJet 3D pisači nisu široko rasprostranjeni, no moguće je da će za nekoliko godina 3D inkjet ispis postati jednako raširen kao klasični uređaji za ispis. ExOne je bio pionir ove industrije sa svojim S-Max prototipom stroja.

Najjeftiniji su i dalje FDM pisači – uređaji koji stvaraju trodimenzionalne objekte sloj po sloj spojenim filamentom. Najčešći pisači ovog tipa su strojevi koji tiskaju rastaljenim filamentom. Mogu biti opremljeni s jednom ili više ispisnih glava s grijaćim elementom unutra.

Većina aditivnih pisača na bazi plastike sposobna je proizvoditi samo jednobojne oblike, no nedavno su se na tržištu 3D ispisa pojavili strojevi koji koriste više vrsta filamenta u isto vrijeme. Ova inovacija omogućuje stvaranje objekata u boji.

Perspektive AF tehnologije

Trenutno je tržište 3D ispisa daleko od prezasićenosti. Industrijski analitičari slažu se da postoji svijetla budućnost za aditivne tehnologije. Već danas istraživački centri koji podcjenjuju razvoj AF primaju ogromne financijske injekcije obrambeni kompleks i medicinskih državnih ustanova, što ne izaziva sumnju u točnost stručnih prognoza!

Aditivna tehnologija je relativno mlad, ali vrlo popularan fenomen. Naziv ove tehnologije dolazi od engleskog izraza Additive Manufacturing, što doslovno znači "proizvodnja dodavanjem". Tehnologija aditiva znači proizvodnu metodu sloj-po-slojnom nadogradnjom sirovina.

Najpoznatiji primjer primjene aditivnih tehnologija su popularni 3D printeri. Sve vrste ovih uređaja rade koristeći tehnologiju sinteze sloj-po-sloj.

Tehnologije aditivne proizvodnje napravile su revolucionarni proboj u mnogim industrijama - medicinskoj, građevinskoj, inženjerskoj, inženjerskoj, dizajnu.

Izlet u povijest

Tehnologija 3D ispisa smatra se glavnim otkrićem 21. stoljeća, no povijest ovih inovativnih uređaja seže u 20. stoljeće. Izumitelj tehnologije i osnivač nove industrije bio je inženjer Charles Hull, osnivač i vlasnik 3D-Systems.

1986. Charles je napravio prvi stereolitografski 3D printer. Otprilike u isto vrijeme, drugi inženjer, Scott Trump, stvorio je prvi u klasi FDM stroj. Ova dva značajna izuma označila su početak eksplozivnog razvoja tržišta 3D ispisa.

Nova faza razvoja

Sljedeći korak u evoluciji 3D ispisa bilo je uvođenje tehnologije sinteze sloj-po-sloj u tijelo konvencionalnog stolnog 3D pisača, što su proveli studenti MIT-a Tim Anderson i Jimmy Bradt. Nakon toga su osnovali Z Corporation, dugogodišnjeg lidera u industriji.

Moderne tehnologije aditiva

U današnje vrijeme aditivne tehnologije prolaze kroz razdoblje snažnog razvoja i široke popularizacije.

Povijesno gledano, prva i najtočnija aditivna tehnologija je stereolitografija. Ovo je metoda postupnog stvrdnjavanja polimera pomoću lasera. Ova tehnologija se koristi u izradi prototipa, u izradi izgleda i dizajnerskih elemenata s visokom razinom detalja.

Selektivno lasersko sinteriranje je inovativna metoda skrućivanja tekućeg fotopolimera. Ova tehnologija omogućuje rad s cementom, keramičkom glinom, složenim polimerima, metalnim prahom.

Najpopularniji u svakodnevnom smislu su FDM pisači koji rekreiraju objekte slojevitim plastičnim filamentom. Prije su pisači mogli stvarati objekte u jednoj shemi boja, ali sada na tržištu postoje uređaji koji koriste nekoliko vrsta obojenih plastičnih niti.

Centar za aditivne tehnologije

Na ruskom tržištu postoji mlada tvrtka specijalizirana za korištenje aditivnih tehnologija. JSC "Centar za aditivne tehnologije" radi na raskrižju projektantskih, inženjerskih i proračunskih kompetencija, optimizacije tehničkih rješenja i proizvodnje.

Tvrtka ima veliku flotu industrijskih 3D pisača vodećih svjetskih proizvođača: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Glavni smjer rada centra je suradnja s poduzećima u cilju razvoja i prodaje novih proizvoda i jedinstvenih tehnologija. Centar je također specijaliziran za dizajn i proizvodnju stolnih prijenosnih 3D pisača i skenera. Ovi 3D uređaji sposobni su utjeloviti tehnologije izrade prototipa u domaćem okruženju i idealni su za prvo upoznavanje s aditivnim tehnologijama i osnovama 3D ispisa.

Aditivne tehnologije u strojarstvu

Tehnologije aditiva aktivno se koriste u automobilskoj industriji. Tim američkog inženjera Jima Korra, osnivača Kor Ecologic-a, više od 15 godina radi na projektu Urbee, prvom prototipu 3D automobila. Treba reći da je na printeru otisnuta samo karoserija i neki detalji – okvir automobila je metalan.

Ovaj automobil razvija malu maksimalnu brzinu od 112 kilometara, ali ima nizak otpor zbog dizajna karoserije i može voziti oko 65 kilometara na električni motor.

Aditivna tehnologija je također korištena u prototipu američke tvrtke Local Motors koja svoje električne automobile priprema za masovnu proizvodnju. Prototipovi tvrtke imaju moderan dizajn, veliku rezervu snage i umjetnu inteligenciju.

Aditivne tehnologije: primjena

U suvremenom svijetu, aditivne tehnologije se koriste u mnogim industrijama i potencijalno se mogu koristiti u svakoj. Svjetski tabloidi povremeno šokiraju vijesti o tome kako su oružje, ljudski organ, odjeća, kuća, automobil ispisani na 3D printeru.

Potencijal za razvoj ovih tehnologija je zaista velik i sposoban je ubrzati razvoj znanstvenog i tehnološkog napretka za red veličine - znanstveni laboratoriji stvaraju inovativne materijale i tkanine pomoću 3D pisača. Korištenje aditivnih tehnologija u industriji omogućuje proizvođačima da ubrzaju izradu prototipa novih dizajna i skrate put od ideje do implementacije. Arhitektonski i građevinska industrija pokušavajući 100% iskoristiti potencijal aditivnih tehnologija. Dizajnersko poslovanje doživljava novu fazu razvoja zahvaljujući aditivnoj proizvodnji.

Izgledi za razvoj industrije su izuzetno povoljni. Financijski analitičari predviđaju eksplozivan rast tržišta 3D ispisa. R&D centre koji se bave aditivnim razvojem financiraju obrambeni kompleks i zdravstvene državne institucije

Među tehnologijama koje se zbog dostignuća znanstvenog napretka neprestano pojavljuju u ljudskom životu, postoje i one koje se nazivaju "aditivi". Ova definicija dolazi od posuđene riječi "additivnost", ili, točnije, od engleske fraze "additive production" (skraćeno - AF), što se doslovno prevodi kao "dodatna proizvodnja". Dakle, što je to i kako ova vrsta tehnologije može biti korisna današnjem društvu?

Bit

Aditivne tehnologije grana su digitalne industrije i metoda su proizvodnje proizvoda i raznih proizvoda u kojima se slojevi objekta izgrađuju korištenjem računalnih uređaja za 3D ispis. Kakve materijale ispunjavaju? Obično su to vosak, metalni i gipsani prahovi, polistiren (bezbojni i staklasti polimer nalik na plastiku), poliamidi (plastika), tekući fotopolimeri (obradaci koji se stvrdnjavaju pod utjecajem svjetlosnih zraka, najčešće ultraljubičastih zraka) itd.

Pojava: kako je bilo

Povijest aditivnih uređaja započela je 1986., kada je predstavnik Ultraviolet Products nazvan Charles Hull (sada izvršni potpredsjednik i glavni izvršni direktor) Tehnički direktor vlastita organizacija "3D Systems") dizajnirala je prvi stereolitografski pisač na svijetu za trodimenzionalni ispis. Mehanizam je proizveden prvenstveno kako bi se osigurale pravovremene isporuke obrambenom kompleksu SAD-a. Hull je skrenuo pozornost na činjenicu da je potrebno puno vremena i truda za izradu pojedinačnih dijelova i njihovo sastavljanje. Stoga je odlučio ne samo pribjeći pomoći ultraljubičastom zračenju, već i provesti svoje planove što je moguće racionalnije. Dakle, čovjek je prvo stavio nekoliko tisuća slojeva plastike jedan na drugi, a tek onda ih popravio jednim ultraljubičastim tretmanom.

Kasnije je Charles napustio bankrotiranu tvrtku "UVP", ali nije želio prestati razvijati vlastitu zamisao - patentirao je tehnički izum 1983. godine i osobno osnovao tvrtku koja je potom narasla do razmjera prave korporacije. Danas je "3D Systems" jedan od ključnih igrača na tržištu pisača, proizvoda i softvera za izradu volumetrijskih proizvoda.

Naknadni razvoj aditivnih tehnologija dobio je zahvaljujući kolegama studentima s Massachusetts Institute of Technology. Godine 1993. Jim Bradt i Tim Anderson odlučili su kvalitativno nadopuniti postojeći razvoj vlastitim idejama, te su stoga uzeli i modificirali konvencionalni 2D printer u uređaj za 3D ispis. U moderniziranom uređaju nisu korišteni listovi papira, već poseban tekući sastav sličan ljepilu, koji je raspršen po tankim slojevima glavnog punila (polimer, metal ili prah gipsa) i stvrdnut. Bradt i Anderson dali su AF-u svjetsku slavu, jer su ih učinili popularnijim i svestranijim. Godine 1995. prijatelji su organizirali vlastitu organizaciju "Z Corporation", čiji uspjeh nije prošao nezapaženo od strane "3D Systems" - 2012. je stekao manju, ali ne manje perspektivnu tvrtku, a njihovi vodeći projekti počeli su se pojavljivati pod zajedničkim logo.

Svrha i primjena

Sve je to značilo samo jedno - ulazak u novu eru, kvalitativnu promjenu u mnogim proizvodnim područjima i pojednostavljenje organizacijski procesi! Primjerice, u automobilskoj industriji značajno se ubrzala faza izrade prototipa, jer su se gotovo sve komponente, bilo da su snažni motori ili obične tipke i poluge, počele stvarati uz potpunu ili djelomičnu upotrebu tehnologije 3D ispisa.

Osim toga, tvrtke su počele značajno štedjeti, jer sada proizvodnja:

više nije zahtijevao toliko raznolikih alata kao prije;
mogao se provoditi pod nadzorom manjeg broja zaposlenika. Zapravo, 1-2 inženjera su dovoljna za ispravnu izradu dijela. Glavna stvar koja se od njih traži je potpuno i sveobuhvatno poznavanje inženjerstva i dizajna. tehničke strukture, kao i razumijevanje osobitosti rada s AF postavkama.

Slični pisači se aktivno koriste ... u medicini! Možda se čini nemogućim, ali i danas se trodimenzionalni proizvodi koriste kao zamjenski i rekonstrukcijski elementi, primjerice, kada je u pitanju maksilofacijalna kirurgija. U ožujku 2018. u Manchesteru je otvorena klinika specijalizirana za proizvodnju šipki, proteza i pločica na 3D printerima koji su punjeni smjesom plastike ili metala. Iako je bolnicu koštala 42.000 dolara samo instaliranje PolyJeta, uprava procjenjuje da će se ulaganje u vlastiti laboratorij za 3D ispis isplatiti brže od stalnog obraćanja posrednicima. Djelatnici klinike predviđaju da će za 5 godina takvi centri postati obvezni u medicinskim i rehabilitacijskim ustanovama, posebice ako se bave onkološkim, ortopedskim, neurološkim i reumatološkim bolestima.

Zanimljiva činjenica! AF se također koristi za proizvodnju umjetnih udova.

Pilot program, koji je započeo 2017. u jordanskoj prijestolnici, ne samo da nastavlja dobivati na zamahu, već pokazuje pozitivne rezultate. U Amanu se provodi liječenje ljudi koji bježe od neprijateljstava u Siriji, Jemenu i Iraku. Dakle, već je 5 volontera dobilo "ispisane" proteze, koje su ih, prvo, koštale mnogo jeftinije od uobičajenih (oko 20 dolara u odnosu na stotine dolara), a drugo, izrađene su uzimajući u obzir individualne karakteristike i parametre tijela.

Aditivne tehnologije osvajaju i druga područja: arhitekturu, konstrukciju zrakoplova, proizvodnju sportske opreme i opreme za djecu... Širi se raspon njihove primjene, a radna snaga i povećanje plaće.

Više o nekim vrstama AT-a

Neće biti suvišno spomenuti kako se u svakom konkretnom slučaju odvija stvaranje rasutog proizvoda. Najpopularnije metode u aditivnoj proizvodnji su:

Modeliranje fuzije taloženja, FDM - modeliranje taloženjem sloj-po-sloj. Objekt je konstruiran prema zacrtanom u softver matematički digitalni model od posebne plastične niti (uže za pecanje), koja se topi do određene temperature, te stoga postaje dovoljno fleksibilna da dobije željeni oblik. Pomoćne strukture uklanjaju se ručno ili otapanjem u posebnoj tekućini, a gotov proizvod se ostavlja u tiskanom obliku ili naknadno obrađuje (lakiranje, poliranje, brušenje, lijepljenje i sl.). Proizvedeni dijelovi uvijek su različiti dobre karakteristike kao što su otpornost na habanje i otpornost na toplinu.

ColorJet Printing, CJP. Suština ove napredne tehnologije leži u korištenju kompozitnog praha na bazi gipsa i plastike, koji se ne samo podvrgava slojnom lijepljenju, već i boji u najviše različite boje paleta CMYK, uključujući do 390.000 nijansi! Do sada samo CJP pruža ispis u boji. Osim toga, ovaj AT također omogućuje reprodukciju različitih tekstura na površini proizvoda visoka razlučivost... Unatoč prosječnoj čvrstoći i blagoj hrapavosti konačnih proizvoda, ColorJetPrinting, koji karakterizira niska cijena, aktivno se koristi za izradu arhitektonskih modela, minijaturnih figura ljudi, uzoraka prezentacije i drugih vizualnih objekata.

SelectiveLaserStering, SLS - selektivno lasersko sinteriranje. Ovdje se praškasti materijali (plastika i poliamidi) sinteriraju laserskom zrakom. Ova metoda je istovremeno prikladna i za velike industrijske proizvode, i za objekte složene geometrije i detaljne strukture, te za serije koje se proizvode u jednoj sesiji tiska. SLS tehnologija se često miješa sa SelectiveLaserMelting ili SLM. Razlika između njih je u tome što je u prvom slučaju fuzija djelomična i događa se samo na površini čestica, dok je u drugom rezultat stvaranje čvrstog monolita.

Konferencije u Rusiji

Nacionalno AT tržište u Rusiji još uvijek je nerazvijeno. Potencijal sfere se ne otkriva zbog nedostatka osoblja, nedostatka materijala i opreme te nedostatka odgovarajućeg programa državne potpore.

Ipak, neke institucije pokušavaju samostalno promovirati upoznavanje ruskog društva s naprednim dostignućima AF-a. Jedna od tih organizacija je Sveruski istraživački institut za zrakoplovne materijale (VIAM), čiji predstavnici svake godine organiziraju tematske konferencije o aditivnim tehnologijama. Izvještavaju domaći i strani znanstvenici i industrijski radnici koji su zainteresirani za zamjenu tradicionalnih oblika proizvodnje inovativnim metodama. Ove godine manifestacija koja se održala 30. ožujka postala je 4. po redu. Sudionici koji su podnijeli preliminarne prijave mogli su sudjelovati na konferenciji koja je održana pod sloganom „Sadašnjost i budućnost“.

Aditivne tehnologije aktivno se koriste u elektroenergetici, izradi instrumenata, zrakoplovnoj industriji, svemirskoj industriji, gdje postoji velika potražnja za proizvodima složene geometrije.Mnoge tvrtke u Rusiji već su se upoznale s aditivnim tehnologijama. Skrećemo vam pažnju materijal iz almanaha Manufacturing Management, koji opisuje nekoliko primjera učinkovite implementacije 3D ispisa.

Aditivne tehnologije otvorile su mogućnost izrade dijelova bilo koje složenosti i geometrije bez tehnoloških ograničenja. Geometrija dijela može se mijenjati u fazi projektiranja i ispitivanja.

Priprema datoteka za ispis se vrši na računalima sa standardnim softverom, za rad se prihvaćaju STL datoteke. To je danas široko korišten format za pohranu 3D objekata za stereolitografske 3D pisače. Ulaganja u projekt iznosila su oko 60 milijuna rubalja.

Alexander Zdanevich, IT direktor NPK United Wagon Company: „Tehnologije aditivnog tiska napreduju i, najvjerojatnije, u bliskoj budućnosti će promijeniti lice brojnih industrija. To se uglavnom odnosi na poduzeća koja proizvode komadnu robu za određenu narudžbu. Masovna proizvodnja je složenija, iako se na ovom području već koriste različite vrste 3D printera.

Postoji mnogo tehnologija masovne sinteze. Jedan od najperspektivnijih za industrijsku implementaciju je. Proces se može podijeliti u dvije faze. Najprije se formira građevinski sloj u obliku tekućeg fotopolimera ravnomjerno raspoređenog po površini radne platforme. Zatim se dijelovi ovog sloja selektivno stvrdnjavaju u skladu s trenutnim dijelom 3D modela izgrađenog na računalu.

Primijenjeno na željezničko inženjerstvo ovu tehnologiju može se koristiti u fazi pripreme ljevaonice, posebno u proizvodnji kompleta ljevaoničke opreme. Isti skup alata, jedinstven za svaki odljevak, koristi se za tisuće proizvodnih ciklusa odgovarajućih kalupa za lijevanje.

Kvaliteta konačnog proizvoda izravno ovisi o točnosti svih parametara koje su projektanti osigurali tijekom izrade alatnog seta. Tradicionalna metoda izrade kompleta alata mehaničkom obradom materijala (metala, plastike, ponekad i drveta) vrlo je naporna i dugotrajna (nekad traje i nekoliko mjeseci), a osjetljiva je na greške.

Ostale komponente i sklopovi mogu se ugraditi u "tiskane" modele. 3D ispis se u potpunosti isplati velika brzina proizvodnju prototipa, kao i zbog "dorade na stolu" izravno u WGC-u, čime se štedi puno vremena i novca, a ne izrađuju se uzorci u punoj veličini u "hardveru" u proizvodnji.

Značajan rad na unapređenju aditivnih tehnologija provode Državna korporacija "Rosatom"... Uprava je uvjerena da će državna korporacija uskoro imati sve komponente "digitalne proizvodnje" - od razvoja materijala, opreme, tehnologije do proizvodnje proizvoda. Industrija provodi program o aditivnim tehnologijama, sastoji se od pododjeljaka: tehnologija, sirovine, oprema, standardizacija. Tri instituta se bave razvojem tehnologija za proizvodnju metalnog praha za 3D ispis u Rosatomu: Giredmet, VNIIKhT, VNIINM. Istovremeno se radi na stvaranju prototip 3D printer za 3D ispis metalnih i kompozitnih proizvoda. Rosatom planira predstaviti uzorak do kraja 2017. godine.

Trodimenzionalni tisak se u potpunosti isplati zbog velike brzine izrade prototipa, kao i zbog "prerade na stolu" izravno u WGC-u, čime se štedi puno vremena i novca, umjesto izrade uzoraka u punoj veličini u " hardver" u proizvodnji.

“Do početka 2018. moramo zatvoriti cijeli ciklus aditivnih tehnologija unutar Rosatoma. Trebamo još godinu dana da pokrenemo vlastiti pilot uzorak instalacije i otprilike isto - da se dogovorimo sa svim stranama koje osiguravaju korištenu regulatornu komponentu ”, rekao je Alexey Dub.

U strukturi Rosatoma, tehnologije aditiva razvijaju se u tvrtki za gorivo TVEL, koja aktivno surađuje s regionalnim inženjerskim centrom stvorenim na UrFU, radeći na stvaranju ruskog 3D pisača. Metalurgija praha nije novost za Uralski elektrokemijski kombinat i njegova poduzeća. Primjerice, u tvornici elektrokemijskih pretvarača prašci su korišteni u proizvodnji filtara za plinsku difuziju urana tijekom odvajanja izotopa, kao i za lemove i površinsko prskanje.

U znanstveno-obrazovnom centru "Moderne proizvodne tehnologije" Veleučilišta Tomsk

Jedan od pionira u području laserskih pisača je znanstveno-obrazovni centar "Moderne proizvodne tehnologije" Politehničko sveučilište Tomsk... Opremljen je pisačem za fuziju elektroničkih zraka (elektronski snop), laserski printer, printeri koji tiskaju armiranim kompozitima, kao i ultrazvučni tomograf, koji izvodi ovdje, "na stroju", neslomljiva kontrola Gotovi proizvodi. Stručnjaci centra izrađuju AM uređaje, razvijaju softver za njih i namjeravaju ići dalje od "laboratorija".

U Centru za aditivne tehnologije TPU postavljen je cijeli proizvodni ciklus - od ideje do realizacije gotovog proizvoda. Moguće je proizvoditi i testirati dijelove za kožu svemirskih letjelica, implantate za kraniofacijalnu kirurgiju, proizvode složenog oblika i još mnogo toga, kao i kreirati nove digitalne instalacije, na primjer, za tiskanje instrumenata na ISS-u. "Uz pomoć naših jedinstvenih tehnologija možemo stvoriti proizvode koji zamjenjuju uvoz, koji su nekoliko puta jeftiniji od uvezenih, a kvaliteta nije lošija", rekao je direktor centra Vasilij Fedorov.

Razvoj aditivnih tehnologija također ima ograničenja.

Prvo, visoka cijena tehnologije (oprema i materijal), međutim, u procesu razvoja tehnologije, cijena se postupno smanjuje.
Drugo, postoji nedostatak kvalificiranog osoblja koje poznaje tehnologiju.
Treće, nedovoljan razvoj, nedostatak mjeriteljske potpore izaziva zabrinutost u proizvodnji dijelova od velike važnosti.
AM-procesi (Additive Manufacturing) još nisu integrirani u tehnologiju proizvodnje proizvoda.“Jasno je da bilo koji odgovoran dizajner neće staviti dio u odgovoran proizvod, a da ne zna koliko će on trajati”, komentirao je Alexey Dub.
Važan zadatak je potreba za razvojem sustava certificiranja i standardizacije proizvoda aditiva, tehnoloških procesa, praha i sastava. Kako bi riješio ta pitanja, osnovan je Rosstandart tehnički odbor, koja radi na izradi regulatornih dokumenata u području aditivnih tehnologija.

3D printanje počinje se širiti svijetom, a Rusija na ovom području ne bi trebala zaostajati. Korištenje ovih tehnologija omogućuje vam smanjenje troškova proizvoda, ubrzanje njegovog dizajna i proizvodnje.
- čelnik Ministarstva industrije i trgovine Denis Manturov

Zaključak

Popularnost stalno raste. Iako je ukupni volumen svjetskog tržišta relativno mali (oko 6 milijardi dolara), godišnje stope rasta ne mogu ne impresionirati - u prosjeku 20-30%. Međutim, još uvijek nema jednoglasnosti u ocjeni uloge aditivnih tehnologija u industriji: jedni kažu da će uvođenje metoda 3D ispisa dovesti do propadanja industrije u tradicionalnom smislu, drugi - da će trodimenzionalni pisači postati samo jedan elemenata proizvodnih shema. No, unatoč svim postojećim nesuglasicama, ne može se poreći veliko obećanje aditivnih tehnologija u industriji.

Izravan rast proizvoda složene geometrije i od specifičnih materijala pokazuje se vrlo isplativim s ekonomske točke gledišta. Štedi materijal, vrijeme i smanjuje rizik od pogrešaka. 3D pisači prestali su biti "skupa igračka", danas zauzimaju puno mjesto među ključnim tehnologijama