Tecnologie adattive nell'industria. Produzione additiva (AM). Tecnologie additive nell'istruzione

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Parti e materiali

Tecnologie additivi nell'industria russa

Le tecnologie AF sono un collegamento efficace nella produzione moderna

Le tecnologie additive (AF - Additive Manufacturing), o tecnologie di sintesi strato per strato, rappresentano oggi una delle aree più dinamiche della produzione "digitale". Consentono un ordine di grandezza per accelerare la ricerca e lo sviluppo e la soluzione delle attività di preparazione alla produzione e in alcuni casi sono già attivamente utilizzati per la produzione di prodotti finiti.

Nel recente passato, 10-15 anni fa, le tecnologie additive sono state utilizzate principalmente nei settori tradizionalmente tecnologicamente avanzati - automobilistico, aeronautico e aerospaziale, nonché nella costruzione di strumenti e nella medicina, dove il tandem tempo-denaro è sempre stato di particolare importanza .

Nell'era di un'economia innovativa, il tempo speso per la produzione di un prodotto è il fattore più importante il successo o il fallimento dell'impresa. Anche un prodotto di alta qualità può non essere reclamato se il mercato, nel momento in cui viene rilasciato un nuovo prodotto, è già saturo di prodotti simili di società concorrenti. Pertanto, sempre più aree dell'industria stanno padroneggiando attivamente le tecnologie AF. Sono sempre più utilizzati da organizzazioni di ricerca, uffici di architettura e design, studi di design e solo individui per creatività o come hobby. In molti college e università, le macchine additive o, come vengono spesso chiamate, le stampanti 3D, sono parte integrante del processo educativo per la formazione ingegneristica professionale.

Ci sono molte tecnologie che possono essere chiamate additive, hanno una cosa in comune: il modello viene costruito aggiungendo materiale (dall'inglese add - "add"), a differenza delle tecnologie tradizionali, dove la creazione di una parte avviene rimuovendo materiale "in eccesso".

La tecnologia classica e più accurata è SLA (da Stereolithography Apparatus), o stereolitografia, una polimerizzazione strato per strato di fotopolimero liquido con un laser.

Esistono molti tipi di composizioni di fotopolimeri, quindi il campo di applicazione dei prototipi ottenuti con la tecnologia SLA è molto ampio: mock-up e modelli in scala per prove aerodinamiche e idrodinamiche, modelli di fonderia e master, modelli di progettazione e prototipi, modelli funzionali, ecc.

Sinterizzazione laser selettiva - La tecnologia SLS (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) è un'altra importante area delle tecnologie additivi.

Qui, il materiale da costruzione (modello) è materiale polveroso e scorrevole, e il laser non è una fonte di luce, come nelle macchine SLA, ma una fonte di calore attraverso la quale vengono fuse le particelle di polvere. Un gran numero di polveri polimeriche e metalliche vengono utilizzate come materiali modello.

La poliammide in polvere viene utilizzata principalmente per la modellazione funzionale, la prototipazione e la produzione di gruppi di controllo. Il polistirolo viene utilizzato per la produzione di stampi pressofusi.

Una direzione separata è la sinterizzazione laser strato per strato (fusione) di composizioni di polvere metallica. Lo sviluppo di questa direzione delle tecnologie AF ha stimolato lo sviluppo di tecnologie per l'ottenimento di polveri metalliche. Oggi la nomenclatura delle composizioni metalliche ha un'ampia gamma di materiali a base di Ni e Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), a base di Fe (acciai per utensili: 18Ni300, H13; acciaio inossidabile: 316L), a base di Ti (Ti6-4, CpTigr1) , a base di Al (AlSi10Mg, AlSi12). Vengono prodotte polveri di bronzo, leghe speciali e anche metalli preziosi, principalmente per le esigenze della medicina dentale.

Da polveri metalliche vengono "cresciuti" pezzi grezzi di stampi, utensili speciali, parti originali di configurazione complessa difficili o impossibili da ottenere per fusione o lavorazione meccanica, impianti ed endoprotesi e molto altro ancora. Anche ora, nel caso della produzione di pezzi e su piccola scala, diventa spesso economicamente vantaggioso "coltivare" un piccolo lotto di parti su una macchina SLS, piuttosto che produrre utensili per fonderia o stampi. In combinazione con HIP (pressatura isostatica a caldo) e un trattamento termico appropriato, tali parti non solo sono buone quanto i prodotti colati o forgiati, ma superano anche la loro resistenza del 20-30%.

Si aprono prospettive molto ampie per un'altra tecnologia additiva: la tecnologia di stampa a getto d'inchiostro, la tecnologia InkJet o PolyJet. Questa tecnologia prevede l'applicazione di un materiale modello o di una composizione legante utilizzando teste a getto. Le tecnologie InkJet sono di particolare interesse per la fonderia.

Consentono di "crescere" direttamente gli stampi di colata, cioè il "negativo" della parte, e di escludere le fasi di produzione dell'attrezzatura di stampaggio: il modello principale e il modello di colata. ExOne (e la sua controllata ProMetal GmbH) produce macchine del tipo S-Max, che si posizionano non come "macchine da prototipazione", ma come apparecchiature industriali tecnologiche abbastanza "ordinarie" installate nella catena tecnologica generale di produzione di prodotti non solo sperimentali, ma anche prodotti di serie... Quasi tutte le case automobilistiche del mondo hanno acquisito tali auto. È comprensibile - con il loro aiuto è diventato possibile, non di più volte, ma di un ordine di grandezza, ridurre il tempo speso in ricerca e sviluppo su posizioni critiche per le case automobilistiche - parti di fonderia: blocchi motore e teste, assali e cambi, parti per la cui fabbricazione in una produzione pilota tradizionale sono trascorsi mesi, e tenendo conto della messa a punto sperimentale e della preparazione della produzione - molti mesi. Ora il progettista può vedere il suo nuovo motore sul banco di prova non sei mesi dopo, ma due settimane dopo il completamento del progetto tecnico.

Oggi in Russia ci sono molte aziende che forniscono servizi di prototipazione, ma principalmente queste sono piccole imprese con una o due stampanti 3D economiche in grado di far crescere parti semplici. Ciò è dovuto al fatto che apparecchiature ad alta tecnologia in grado di fornire alta qualità prodotti è costoso e richiede personale qualificato e appositamente addestrato per il funzionamento e la manutenzione. Non tutte le aziende possono permetterselo, perché per acquistarlo è necessario capire chiaramente come e con quale efficienza verrà utilizzata questa attrezzatura, se sarà carica di lavoro. La debolezza di tali aziende è la mancanza di complessità nella risoluzione dei problemi. Nella migliore delle ipotesi, l'attività si limita a fornire un servizio abbastanza semplice: realizzare un prototipo o un modello in un modo o nell'altro. Considerando che le tecnologie AF non sono solo e non tanto una stampante 3D, ma una parte importante dell'ambiente 3D in cui nasce un nuovo prodotto - dall'idea del designer alla materializzazione delle sue idee nella produzione di massa. L'ambiente in cui Nuovo prodotto creato, "vive", operato, riparato fino a compimento" ciclo vitale"di questo prodotto.

Pertanto, per il pieno utilizzo delle tecnologie AF, è necessario creare questo ambiente: progettazione e modellazione 3D master, tecnologie CAE e CAM, tecnologie di digitalizzazione e reingegnerizzazione, tecnologie correlate, comprese quelle abbastanza tradizionali, ma riformattate per un ambiente 3D. Inoltre, per padroneggiarlo non in una singola università o in un grande impianto - ci sono industrie del genere a tutti i livelli - questo non è nemmeno in un'industria separata, ad esempio, aeronautica o automobilistica. Quindi le tecnologie AF non sembreranno delizie esotiche, ma un collegamento completamente naturale ed efficace nell'ambiente 3D generale della creazione, della produzione e del ciclo di vita del prodotto.

Ci sono anche grandi aziende sul mercato con attrezzature di alto livello, che, di norma, risolvono problemi di produzione piuttosto complessi e forniscono una gamma più ampia di servizi utili di accompagnamento alla prototipazione, in grado di svolgere attività di ricerca e sviluppo dall'inizio alla fine e controllare la qualità del lavorare in ogni fase. Queste imprese includono FSUE "NAMI", AB "Universal", NPO "Salut", OJSC "NIAT" (Mosca), UMPO (Ufa), Istituto di ricerca scientifica "Tecnologie per la costruzione di macchine", (SPbSPU), OJSC "Tushinsky machine- impianto edilizio" e un certo numero di altri. Tuttavia, non tutte le imprese sono in grado di un approccio così integrato, soprattutto nelle condizioni di una posizione indifferente da parte dello Stato.

In generale, la situazione con l'introduzione delle tecnologie AF nell'industria russa rimane estremamente sfavorevole. Scienziati, ingegneri e tecnologi non hanno trovato le parole giuste per attirare l'attenzione dello stato su un pericoloso ritardo nella sfera dell'innovazione che è assolutamente necessaria per l'industria nazionale. Non hanno trovato argomenti per convincere le autorità della necessità di sviluppare un programma nazionale per lo sviluppo di tecnologie additive, per creare un'industria nazionale di macchine AF. La Russia praticamente non partecipa a organizzazioni internazionali che hanno un impatto significativo sullo sviluppo delle tecnologie AF nel mondo.

I problemi chiave nell'implementazione delle tecnologie AF sono, prima di tutto, il personale, che, come sapete, risolve tutto; macchine 3D stesse, apparecchiature AF di alta qualità che non possono essere acquistate e non possono essere create senza il supporto mirato del governo in una forma o nell'altra (che, tra l'altro, viene eseguita all'estero nella stragrande maggioranza dei casi); i materiali sono un problema separato e complesso di natura interdisciplinare, la cui soluzione, ancora una volta, dipende interamente dalla qualità della gestione del processo da parte dello Stato. Questi sono compiti travolgenti per un particolare settore. Questo è un problema che può essere risolto solo se c'è un'interazione mirata tra istruzione superiore, scienza accademica e industriale.

La fonderia ACTech, costruita a Friburgo (vicino a Dresda) alla fine degli anni '90 durante il rinascimento dei Territori Orientali, è un ottimo esempio di "intervento di mercato" dello Stato nella risoluzione di complessi problemi tecnologici. L'impianto è piuttosto piccolo per i nostri standard - solo 6.500 mq. metri di superficie totale, costruita ad ago, in campo aperto ed era dotata delle più avanzate attrezzatura tecnologica, la cui caratteristica principale erano le macchine AF per la coltivazione di muffe in sabbia (da EOS, Monaco). Questo è stato forse il primo esempio approccio integrato- l'impianto era attrezzato equipaggiamento moderno per un lavoro reale in un ambiente 3D: macchine AF, strumenti di misura, macchine CNC, fusori, fonderie e apparecchiature termiche. Attualmente vi lavorano circa 230 persone, l'80% delle quali sono ingegneri e manager. Ora è una delle fabbriche più famose con una reputazione mondiale, i cui clienti sono quasi tutte le principali case automobilistiche in Germania, molte compagnie aeree europee e americane. È sufficiente inviare un file 3D del prodotto futuro alla fabbrica e descrivere l'attività: materiale, quantità, tempo di produzione desiderato e ciò che si desidera ricevere - un pezzo fuso o completamente lavorato, il tempo di consegna dipende da questo - da 7 giorni a 8 settimane. È interessante notare che circa il 20% degli ordini sono pezzi singoli, circa il 40% sono ordini per 2-5 pezzi. Quasi la metà dei getti sono in ghisa; circa un terzo è in alluminio; il resto è acciaio e altre leghe. Gli specialisti dell'impianto collaborano attivamente con i produttori di apparecchiature AF, conducono ricerche congiunte con le università, anche l'impianto ha successo. impresa commerciale e un banco di prova per nuovi processi tecnologici.

Ciclo di vita di un nuovo prodotto.
Il lavoro è stato svolto per ZAO NPO "Turbotekhnika"

Il mercato delle tecnologie additive in Russia si sta sviluppando, ma ciò sta accadendo molto lentamente, poiché per portare queste tecnologie al livello adeguato è necessario il sostegno statale. Con la dovuta attenzione all'implementazione delle tecnologie AF, possono aumentare significativamente la velocità di risposta alle esigenze del mercato e efficienza economica molte industrie.

Kirill Kazmirchuk, vicedirettore dell'Istituto di ricerca "Tecnologie per la costruzione di macchine", SPbSPU
Vyacheslav Dovbysh, capo del laboratorio di colata sotto vuoto di metalli e polimeri, Istituto di ricerca "NAMI"

Foto e materiali forniti dagli autori

Come sai, esistono diversi metodi di stampa 3D, ma tutti sono derivati ​​dalla tecnologia di produzione additiva. Indipendentemente dalla stampante 3D utilizzata, la costruzione del pezzo viene eseguita aggiungendo le materie prime strato per strato. Nonostante il fatto che il termine produzione additiva sia usato molto raramente dagli ingegneri domestici, le tecnologie di sintesi strato per strato hanno effettivamente occupato l'industria moderna.

Un'escursione nel passato Manifattura additiva

La produzione digitale ha trovato la sua applicazione in medicina, astronautica, manifattura prodotti finiti e prototipazione. Sebbene la stampa 3D sia ampiamente considerata una delle principali scoperte del ventunesimo secolo, in realtà le tecnologie additive sono apparse diversi decenni prima.

L'industria è stata introdotta da Charles Hull, fondatore di 3D Systems. Nel 1986, l'ingegnere ha assemblato la prima stampante 3D stereolitografica al mondo, facendo della tecnologia digitale un enorme balzo in avanti. Nello stesso periodo, Scott Crump, che in seguito fondò Stratasys, lanciò la prima macchina FDM al mondo. Da allora, il mercato della stampa 3D ha iniziato a crescere rapidamente e a rifornirsi di nuovi modelli di apparecchiature di stampa uniche.

Inizialmente, entrambe le tecnologie SLA e FDM si sono sviluppate fianco a fianco esclusivamente nella direzione di produzione industriale Tuttavia, nel 1995 è maturata una svolta che ha reso generalmente disponibili i metodi di produzione additiva. Gli studenti del Massachusetts Institute of Technology Jim Bradt e Tim Anderson hanno incorporato la tecnologia strato per strato nel corpo di una stampante desktop convenzionale. Nasce così la Z Corporation, da tempo considerata leader nel campo della stampa 3D domestica.

Tecnologia di produzione additiva - L'era dell'innovazione

Le tecnologie AF sono onnipresenti in questi giorni: le organizzazioni di ricerca le usano per creare materiali e tessuti unici, i giganti industriali usano le stampanti 3D per accelerare la prototipazione di nuovi prodotti, le aziende di architettura e di design hanno trovato infinite potenzialità di costruzione nella stampa 3D, mentre gli studi di design hanno letteralmente respirato nuova vita nel business del design grazie alle macchine additive.

La tecnologia additiva più accurata è la stereolitografia, un metodo di polimerizzazione laser passo dopo passo di un fotopolimero liquido. Le stampanti SLA sono utilizzate principalmente per la prototipazione, modelli e componenti di progettazione ad alta precisione con un alto livello di dettaglio.

La sinterizzazione laser selettiva è emersa originariamente come un metodo migliorato per la polimerizzazione del fotopolimero liquido. La tecnologia SLS consente l'utilizzo di materiali in polvere come inchiostro. Le moderne stampanti SLS sono in grado di gestire argilla ceramica, polvere metallica, cemento e polimeri complessi.

L'industria della fonderia ha recentemente introdotto le macchine PolyJet che utilizzano la classica tecnologia AF. Sono dotati di testine di stampa a getto d'inchiostro ad impostazione rapida. Oggi le stampanti 3D InkJet non sono molto diffuse, ma è possibile che tra qualche anno la stampa inkjet 3D diventi diffusa quanto i dispositivi di stampa classici. ExOne ha aperto la strada a questo settore con la sua macchina di prototipazione S-Max.

Le più economiche sono ancora le stampanti FDM, dispositivi che creano oggetti tridimensionali mediante filamenti fusi strato per strato. Le stampanti più comuni di questo tipo sono macchine che stampano con filamento fuso. Possono essere dotate di una o più testine di stampa con all'interno un elemento riscaldante.

La maggior parte delle stampanti additive a base di plastica sono in grado di produrre solo forme a un colore, ma recentemente sono apparse sul mercato della stampa 3D macchine che utilizzano diversi tipi di filamenti contemporaneamente. Questa innovazione permette di creare oggetti colorati.

Prospettive della tecnologia AF

Al momento, il mercato della stampa 3D è tutt'altro che saturo. Gli analisti del settore concordano sul fatto che esiste un brillante futuro per le tecnologie additive. Già oggi, i centri di ricerca che sottovalutano gli sviluppi AF ricevono enormi iniezioni finanziarie da complesso di difesa e istituzioni mediche statali, che non danno adito a dubbi sull'accuratezza delle previsioni degli esperti!

La tecnologia additiva è un fenomeno relativamente giovane ma molto popolare. Il nome di questa tecnologia deriva dal termine inglese Additive Manufacturing, che letteralmente significa “produzione per addizione”. Per tecnologia additiva si intende un metodo di produzione mediante accumulo strato per strato di materie prime.

L'esempio più famoso dell'applicazione delle tecnologie additive sono le popolari stampanti 3D. Tutti i tipi di questi dispositivi funzionano utilizzando la tecnologia di sintesi strato per strato.

Le tecnologie di produzione additiva hanno fatto un passo avanti rivoluzionario in molti settori: medico, edile, ingegneristico, ingegneristico, design.

Un'escursione nella storia

La tecnologia di stampa 3D è considerata la principale scoperta del 21° secolo, ma la storia di questi dispositivi innovativi risale al 20° secolo. L'inventore della tecnologia e fondatore di una nuova industria è stato l'ingegnere Charles Hull, fondatore e proprietario di 3D-Systems.

Nel 1986, Charles ha costruito la prima stampante 3D stereolitografica. Nello stesso periodo, un altro ingegnere, Scott Trump, ha creato la prima macchina FDM della categoria. Queste due invenzioni fondamentali hanno segnato l'inizio dello sviluppo esplosivo del mercato della stampa 3D.

Nuova fase di sviluppo

Il passo successivo nell'evoluzione della stampa 3D è stata l'introduzione della tecnologia di sintesi strato per strato nel corpo di una stampante 3D desktop convenzionale, condotta dagli studenti del MIT Tim Anderson e Jimmy Bradt. Successivamente hanno fondato la Z Corporation, leader del settore di lunga data.

Tecnologie additive moderne

Al giorno d'oggi, le tecnologie additive stanno attraversando un periodo di forte sviluppo e divulgazione diffusa.

Storicamente, la prima e più accurata tecnologia additiva è la stereolitografia. Questo è un metodo di polimerizzazione a stadi di un polimero utilizzando un laser. Questa tecnologia viene utilizzata nella prototipazione, nella realizzazione di layout ed elementi di design con un alto livello di dettaglio.

La sinterizzazione laser selettiva è un metodo innovativo di solidificazione del fotopolimero liquido. Questa tecnologia consente di lavorare con cemento, argilla ceramica, polimeri complessi, polvere metallica.

Le più popolari nel senso quotidiano sono le stampanti FDM che ricreano oggetti sovrapponendo filamenti di plastica. In precedenza, le stampanti erano in grado di creare oggetti in un'unica combinazione di colori, ma ora sul mercato sono disponibili dispositivi che utilizzano diversi tipi di filamenti di plastica colorati.

Centro per le tecnologie additive

C'è una giovane azienda sul mercato russo specializzata nell'uso di tecnologie additive. JSC "Center for Additive Technologies" opera all'intersezione di competenze progettuali, ingegneristiche e di calcolo, ottimizzazione delle soluzioni tecniche e della produzione.

L'azienda dispone di una vasta flotta di stampanti 3D su scala industriale dei principali produttori mondiali: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

La direzione principale del lavoro del centro è la cooperazione con le imprese al fine di sviluppare e vendere nuovi prodotti e tecnologie uniche. Il centro è inoltre specializzato nella progettazione e produzione di stampanti e scanner 3D portatili desktop. Questi dispositivi 3D sono in grado di incorporare tecnologie di prototipazione nell'ambiente domestico e sono ideali per una prima conoscenza delle tecnologie additive e delle basi della stampa 3D.

Tecnologie additivi nell'ingegneria meccanica

Le tecnologie aggiuntive sono utilizzate attivamente nell'industria automobilistica. Il team dell'ingegnere americano Jim Korr, fondatore di Kor Ecologic, lavora da oltre 15 anni al progetto Urbee, il primo prototipo di auto 3D. Va detto che solo il corpo e alcuni dettagli sono stampati sulla stampante: il telaio dell'auto è in metallo.

Questa vettura sviluppa una bassa velocità massima di 112 chilometri, ma ha una bassa resistenza aerodinamica grazie al design della carrozzeria ed è in grado di percorrere circa 65 chilometri con un motore elettrico.

La tecnologia additiva viene utilizzata anche nel prototipo dell'azienda americana Local Motors, che sta preparando le sue auto elettriche per la produzione in serie. I prototipi dell'azienda hanno un design moderno, una grande riserva di carica e intelligenza artificiale.

Tecnologie additive: applicazione

Nel mondo moderno, le tecnologie additive sono utilizzate in molti settori e possono potenzialmente essere utilizzate in ciascuno di essi. I tabloid mondiali scioccano periodicamente le notizie su come un'arma, un organo umano, vestiti, una casa, un'auto sono stati stampati su una stampante 3D.

Il potenziale per lo sviluppo di queste tecnologie è davvero alto ed è in grado di accelerare lo sviluppo del progresso scientifico e tecnologico di un ordine di grandezza: i laboratori scientifici creano materiali e tessuti innovativi utilizzando stampanti 3D. L'uso di tecnologie additive nell'industria consente ai produttori di accelerare la prototipazione di nuovi progetti e accorciare il percorso dall'idea all'implementazione. Architettonico e industria di costruzioni cercando di sfruttare al 100% il potenziale delle tecnologie additive. Il business del design sta vivendo una nuova fase di sviluppo grazie alla produzione additiva.

Le prospettive di sviluppo del settore sono estremamente favorevoli. Gli analisti finanziari prevedono una crescita esplosiva nel mercato della stampa 3D. I centri di ricerca e sviluppo impegnati nello sviluppo additivo sono finanziati dal complesso della difesa e dalle istituzioni dello stato medico

Tra le tecnologie che compaiono costantemente nella vita umana a causa dei risultati del progresso scientifico, ci sono quelle che sono chiamate "additive". Questa definizione deriva dalla parola presa in prestito "additività", o, più precisamente, dalla frase inglese "produzione additiva" (abbreviata - AF), che letteralmente si traduce come "produzione aggiunta". Allora, cos'è e come può questo tipo di tecnologia essere utile alla società odierna?

L'essenza

Le tecnologie additive sono un ramo dell'industria digitale e sono un metodo di fabbricazione di prodotti e vari prodotti, in cui gli strati di un oggetto vengono costruiti attraverso l'uso di dispositivi informatici per la stampa 3D. Che tipo di materiali riempiono? Di solito si tratta di polveri di cera, metallo e gesso, polistirene (un polimero incolore e vetroso simile alla plastica), poliammidi (plastica), fotopolimeri liquidi (grezzi induriti dall'esposizione a raggi luminosi, molto spesso raggi ultravioletti), ecc.

Emergenza: com'era

La storia dei dispositivi additivi è iniziata nel 1986, quando un rappresentante di Ultraviolet Products di nome Charles Hull (ora Executive Vice President e Chief Executive Officer) Direttore tecnico propria organizzazione "3D Systems") ha progettato la prima stampante stereolitografica al mondo per la stampa tridimensionale. Il meccanismo è stato prodotto principalmente per fornire forniture tempestive al complesso di difesa degli Stati Uniti. Hull ha attirato l'attenzione sul fatto che ci vuole molto tempo e fatica per creare singole parti e poi assemblarle. Pertanto, decise non solo di ricorrere all'aiuto delle radiazioni ultraviolette, ma anche di realizzare i suoi piani nel modo più razionale possibile. Quindi, l'uomo ha prima messo diverse migliaia di strati di plastica uno sopra l'altro, e solo dopo li ha fissati con un trattamento a raggi ultravioletti.

Successivamente, Charles lasciò la società UVP in bancarotta, ma non voleva smettere di sviluppare la propria idea: brevettò un'invenzione tecnica nel 1983 e fondò personalmente l'azienda, che poi crebbe fino alle dimensioni di una vera società. Oggi "3D Systems" è uno dei principali attori nel mercato delle stampanti, dei prodotti e dei software per la creazione di prodotti volumetrici.

Successivo sviluppo di tecnologie additive ricevuto grazie ai compagni studenti del Massachusetts Institute of Technology. Nel 1993, Jim Bradt e Tim Anderson decisero di integrare qualitativamente gli sviluppi esistenti con le proprie idee, e quindi presero e modificarono una stampante 2D convenzionale in un dispositivo per la stampa 3D. Nel dispositivo modernizzato non sono stati utilizzati fogli di carta, ma una speciale composizione liquida simile alla colla, che è stata spruzzata su strati sottili del riempitivo principale (polimero, metallo o polvere di gesso) e indurita. Bradt e Anderson hanno dato ad AF fama mondiale, perché li hanno resi più popolari e versatili. Nel 1995, gli amici hanno organizzato la propria organizzazione "Z Corporation", il cui successo non è passato inosservato a "3D Systems" - nel 2012 ha acquisito una società più piccola, ma non per questo meno promettente, e i loro progetti principali hanno iniziato a essere pubblicati sotto un logo comune.

Scopo e applicazione

Tutto questo significava solo una cosa: l'ingresso in una nuova era, un cambiamento qualitativo in molte aree produttive e la semplificazione processi organizzativi! Ad esempio, nell'industria automobilistica, la fase di prototipazione è notevolmente accelerata, perché quasi tutti i componenti, siano essi motori potenti o normali pulsanti e leve, hanno iniziato a essere creati con l'uso totale o parziale della tecnologia di stampa 3D.

Inoltre, le aziende hanno iniziato a risparmiare in modo significativo, perché ora la produzione:

• non era più necessaria una tale varietà di strumenti come prima;
• potrebbe essere svolto sotto la supervisione di un numero inferiore di dipendenti. Infatti, 1-2 ingegneri sono sufficienti per la corretta creazione di una parte. La cosa principale che è richiesta loro è una conoscenza completa e completa dell'ingegneria e del design. strutture tecniche, nonché una comprensione delle peculiarità del lavoro con le impostazioni AF.

Stampanti simili vengono utilizzate attivamente ... in medicina! Può sembrare impossibile, ma anche allo stato attuale, i prodotti tridimensionali vengono utilizzati come elementi di sostituzione e ricostruzione, ad esempio, quando si tratta di chirurgia maxillo-facciale. Nel marzo 2018 è stata aperta una clinica a Manchester specializzata nella produzione di aste, protesi e placche su stampanti 3D riempite con miscele di plastica o metallo. Sebbene sia costato all'ospedale $ 42.000 per installare il PolyJet da solo, la direzione stima che investire nel proprio laboratorio di stampa 3D ripagherà più velocemente che rivolgersi costantemente a intermediari. Il personale della clinica prevede che tra 5 anni tali centri diventeranno obbligatori nelle istituzioni mediche e riabilitative, soprattutto se si occupano di malattie oncologiche, ortopediche, neurologiche e reumatologiche.

Fatto interessante! AF è utilizzato anche per la fabbricazione di arti artificiali.

Il programma pilota, iniziato nel 2017 nella capitale giordana, non solo continua a prendere slancio, ma sta mostrando risultati positivi. Ad Amman si curano le persone in fuga dalle ostilità in Siria, Yemen e Iraq. Quindi, già 5 volontari hanno ricevuto protesi "stampate", che, in primo luogo, sono costate loro molto più economiche di quelle normali (circa $ 20 contro centinaia di dollari) e, in secondo luogo, sono state realizzate tenendo conto delle caratteristiche individuali e dei parametri corporei.

Le tecnologie aggiuntive stanno conquistando anche altre aree: architettura, costruzione di aeromobili, produzione di attrezzature sportive e articoli per bambini ... La gamma della loro applicazione si sta espandendo e forza lavoro e aumenti di stipendio.

Maggiori informazioni su alcuni tipi di AT

Non sarà superfluo menzionare come avviene in ogni caso specifico la creazione di un prodotto voluminoso. I metodi più popolari nella produzione additiva sono:

1. Modellazione a deposizione fusa, FDM - modellazione mediante deposizione strato per strato. L'oggetto è costruito secondo quanto stabilito in Software modello matematico digitale da uno speciale filo di plastica (lenza), che si scioglie a una certa temperatura, e quindi diventa abbastanza flessibile da acquisire la forma desiderata. Le strutture ausiliarie vengono rimosse manualmente o sciogliendo in un liquido speciale e il prodotto finito viene lasciato in forma stampata o post-lavorato (verniciatura, lucidatura, molatura, incollaggio, ecc.). Le parti prodotte sono sempre diverse buone caratteristiche come resistenza all'usura e resistenza al calore.

1. ColorJetPrinting, CJP. L'essenza di questa tecnologia avanzata risiede nell'utilizzo di una polvere composita a base di gesso e plastica, che non solo viene sottoposta ad incollaggio strato per strato, ma anche colorata nelle più colori differenti palette CMYK, che include fino a 390.000 sfumature! Finora, solo CJP fornisce la stampa a colori. Inoltre, questo AT consente anche di riprodurre varie trame sulla superficie dei prodotti in alta definizione... Nonostante la resistenza media e la leggera rugosità dei prodotti finali, ColorJetPrinting, che è caratterizzato da un basso costo, viene utilizzato attivamente per creare modelli architettonici, figure in miniatura di persone, campioni di presentazione e altri oggetti visivi.

1. SelectiveLaserStering, SLS - sinterizzazione laser selettiva. Qui i materiali in polvere (plastiche e poliammidi) vengono sinterizzati con un raggio laser. Questo metodo è adatto contemporaneamente per prodotti industriali di grandi dimensioni, per oggetti con geometria complessa e struttura dettagliata, e per lotti prodotti in 1 sessione di stampa. La tecnologia SLS viene spesso confusa con SelectiveLaserMelting o SLM. La differenza tra loro sta nel fatto che nel primo caso la fusione è parziale e avviene solo sulla superficie delle particelle, mentre nel secondo il risultato è la produzione di un monolite solido.

Conferenze in Russia

Il mercato nazionale dell'AT in Russia è ancora sottosviluppato. Il potenziale della sfera non viene rivelato a causa della carenza di personale, della mancanza di materiale e attrezzature e della mancanza di un adeguato programma di sostegno statale.

Tuttavia, alcune istituzioni stanno cercando da sole di promuovere la conoscenza della società russa con i risultati avanzati dell'AF. Una di queste organizzazioni è l'Istituto di ricerca russo sui materiali per l'aviazione (VIAM), i cui rappresentanti organizzano annualmente conferenze tematiche sulle tecnologie additive. Presentano le loro relazioni scienziati e lavoratori dell'industria nazionali e stranieri interessati a sostituire le forme tradizionali di produzione con metodi innovativi. Quest'anno, l'evento, che si è svolto il 30 marzo, è diventato il 4° consecutivo. I partecipanti che hanno presentato le domande preliminari hanno potuto prendere parte alla conferenza, che si è svolta con lo slogan "Presente e futuro".

Le tecnologie aggiuntive sono utilizzate attivamente nell'ingegneria energetica, nella costruzione di strumenti, nell'industria aeronautica, nell'industria spaziale, dove c'è una forte domanda di prodotti di geometria complessa.Molte aziende in Russia hanno già familiarizzato con le tecnologie additive. Portiamo alla vostra attenzione materiale dall'almanacco Manufacturing Management, che descrive diversi esempi di implementazione efficace della stampa 3D.

Le tecnologie additive hanno aperto la possibilità di produrre parti di qualsiasi complessità e geometria senza limitazioni tecnologiche. La geometria della parte può essere modificata in fase di progettazione e collaudo.

La preparazione dei file per la stampa viene eseguita su computer con software standard; i file STL sono accettati per il lavoro. Oggi è un formato di archiviazione di oggetti 3D ampiamente utilizzato per le stampanti 3D stereolitografiche. Gli investimenti nel progetto sono ammontati a circa 60 milioni di rubli.

Alexander Zdanevich, Direttore IT di NPK United Wagon Company: “Le tecnologie di stampa additiva stanno progredendo e, molto probabilmente, nel prossimo futuro cambieranno il volto di numerosi settori. Ciò vale principalmente per le imprese che producono merci a pezzi per un ordine specifico. Con la produzione di massa, la situazione è più complicata, sebbene in questo settore siano già utilizzati diversi tipi di stampanti 3D.

Esistono molte tecnologie di sintesi di massa. Uno dei più promettenti per l'implementazione industriale è. Il processo può essere suddiviso in due fasi. Nella prima viene formato uno strato di costruzione sotto forma di un fotopolimero liquido distribuito uniformemente sulla superficie della piattaforma di lavoro. Quindi, le sezioni di questo livello vengono polimerizzate selettivamente secondo la sezione corrente del modello 3D costruito al computer.

Applicato all'ingegneria ferroviaria questa tecnologia può essere utilizzato nella fase di preparazione della fonderia, in particolare, nella produzione di un set di attrezzature per fonderia. La stessa attrezzatura, unica per ciascuna colata, viene utilizzata per migliaia di cicli di produzione dei corrispondenti stampi di colata.

La qualità del prodotto finale dipende direttamente dall'accuratezza di tutti i parametri forniti dai progettisti, osservati nel processo di produzione di un set di utensili. Il metodo tradizionale per realizzare una serie di utensili mediante lavorazione meccanica dei materiali (metallo, plastica, a volte legno) è molto laborioso e richiede tempo (a volte può richiedere fino a diversi mesi) ed è sensibile agli errori.

Altri componenti e assiemi possono essere incorporati nei modelli "stampati". La stampa tridimensionale ripaga pienamente grazie all'elevata velocità di prototipazione, nonché grazie alla "rilavorazione sul tavolo" proprio nel WGC, che consente di risparmiare molto tempo e denaro, piuttosto che realizzare campioni in scala reale in "hardware " in produzione.

Un lavoro significativo sul progresso delle tecnologie additive è svolto da Corporazione statale "Rosatom"... La direzione è fiduciosa che presto la società statale avrà tutti i componenti della "produzione digitale" - dallo sviluppo di materiali, attrezzature, tecnologie alla produzione di prodotti. L'industria sta implementando un programma sulle tecnologie additive, composto da sottosezioni: tecnologia, materie prime, attrezzature, standardizzazione. Tre istituti sono impegnati nello sviluppo di tecnologie per la produzione di polveri metalliche per la stampa 3D a Rosatom: Giredmet, VNIIKhT, VNIINM. Allo stesso tempo, si sta lavorando per creare prototipo Stampante 3D per la stampa 3D di prodotti in metallo e compositi. Rosatom prevede di presentare un campione entro la fine del 2017.

La stampa tridimensionale ripaga pienamente grazie all'elevata velocità di prototipazione, nonché grazie alla "rilavorazione sul tavolo" proprio nel WGC, che consente di risparmiare molto tempo e denaro, piuttosto che realizzare campioni in scala reale in "hardware " in produzione.

“Entro l'inizio del 2018 dobbiamo chiudere l'intero ciclo delle tecnologie additive all'interno di Rosatom. Abbiamo bisogno di un altro anno per lanciare il nostro campione pilota dell'installazione, e più o meno lo stesso - per raggiungere un accordo con tutte le parti che garantiscono il componente normativo utilizzato ", ha affermato Alexey Dub.

Nella struttura di Rosatom, le tecnologie additive sono in fase di sviluppo presso la società di combustibili TVEL, che collabora attivamente con il centro di ingegneria regionale creato presso UrFU, lavorando alla creazione di una stampante 3D russa. La metallurgia delle polveri non è una novità per l'Ural Electrochemical Combine e le sue imprese. Ad esempio, presso l'impianto di convertitori elettrochimici, le polveri sono state utilizzate nella produzione di filtri per la diffusione del gas dell'uranio durante la separazione degli isotopi, nonché per le saldature e la spruzzatura superficiale.

Nel centro scientifico ed educativo "Tecnologie di produzione moderne" dell'Università politecnica di Tomsk

Uno dei pionieri nel campo delle stampanti laser è il Centro Scientifico e Didattico "Modern Manufacturing Technologies" Università politecnica di Tomsk... È dotato di una stampante a fusione di fasci di elettroni (fascio di elettroni), stampante laser, stampanti che stampano con compositi rinforzati, nonché un tomografo ad ultrasuoni, che esegue qui, "alla macchina", i controlli non distruttivi dei prodotti finiti. Gli specialisti del centro producono dispositivi AM, sviluppano software per loro e intendono andare oltre il "laboratorio".

Presso il TPU Additive Technologies Center viene allestito l'intero ciclo produttivo, dall'idea alla realizzazione del prodotto finito. È possibile produrre e testare parti per la pelle di veicoli spaziali, impianti per chirurgia craniofacciale, prodotti di forma complessa e molto altro, nonché creare nuove installazioni digitali, ad esempio, per la stampa di strumenti sulla ISS. "Con l'aiuto delle nostre tecnologie uniche, possiamo creare prodotti sostitutivi delle importazioni che sono molte volte più economici delle controparti importate, mentre la qualità non è peggiore", ha affermato il direttore del centro Vasily Fedorov.

Anche lo sviluppo di tecnologie additive ha dei limiti.

• In primo luogo, l'alto costo della tecnologia (attrezzature e materiali), tuttavia, nel processo di sviluppo tecnologico, il prezzo sta gradualmente diminuendo.
• In secondo luogo, c'è una carenza di personale qualificato che conosca la tecnologia.
• In terzo luogo, lo sviluppo insufficiente, la mancanza di supporto metrologico solleva preoccupazioni nella produzione di parti di grande importanza.
• I processi AM (Additive Manufacturing) non sono ancora integrati nella tecnologia di produzione dei prodotti."È chiaro che qualsiasi designer responsabile non metterà una parte in un prodotto responsabile senza sapere quanto durerà", ha commentato Alexey Dub.
• Un compito importante è la necessità di sviluppare un sistema per la certificazione e la standardizzazione di prodotti additivi, processi tecnologici, polveri e composizioni. Per affrontare questi problemi, Rossstandart formato comitato tecnico, che sta lavorando alla realizzazione della documentazione normativa nel campo delle tecnologie additive.

La stampa 3D sta iniziando a diffondersi in tutto il mondo e la Russia non dovrebbe restare indietro in questo settore. L'uso di queste tecnologie consente di ridurre il costo del prodotto, accelerarne la progettazione e la produzione.

- Capo del Ministero dell'Industria e del Commercio Denis Manturov

Conclusione

La popolarità è in costante crescita. Sebbene il volume totale del mercato mondiale sia relativamente piccolo (circa $ 6 miliardi), i tassi di crescita annuali non possono che impressionare: una media del 20-30%. Tuttavia, non c'è ancora unanimità nel valutare il ruolo delle tecnologie additive nell'industria: alcuni affermano che l'introduzione di metodi di stampa 3D porterà al declino del settore in senso tradizionale, mentre altri affermano che le stampanti 3D diventeranno solo una delle gli elementi dei regimi di produzione. Ma nonostante tutti i disaccordi esistenti, la grande promessa delle tecnologie additive nel settore non può essere negata.

La crescita diretta di prodotti con geometrie complesse e da materiali specifici risulta essere molto redditizia dal punto di vista economico. Risparmia materiale, tempo e riduce il rischio di errori. Le stampanti 3D hanno cessato di essere un "giocattolo costoso"; oggi occupano un posto a tutti gli effetti tra le tecnologie chiave