Adaptyvios technologijos pramonėje. Priedų gamyba (AM). Papildomos technologijos švietime

Spausdinti

Dalys ir medžiagos

Papildomos technologijos Rusijos pramonėje

AF technologijos yra veiksminga šiuolaikinės gamybos grandis

Priedų technologijos (AF-Additive Manufacturing) arba sluoksnių po sluoksnių sintezės technologijos šiandien yra viena iš dinamiškiausiai besivystančių „skaitmeninės“ gamybos sričių. Jie leidžia didinti paspartinti mokslinius tyrimus ir taikomąją veiklą bei gamybos paruošimo užduočių sprendimą, o daugeliu atvejų jau aktyviai naudojami gatavų produktų gamybai.

Pastaruoju metu, prieš 10-15 metų, priedų technologijos buvo naudojamos daugiausia tradiciškai technologiškai pažangiose pramonės šakose-automobilių, aviacijos ir kosmoso pramonėje, taip pat prietaisų gamyboje ir medicinoje, kur laiko ir pinigų tandemas visada buvo ypač svarbus .

Inovatyvios ekonomikos eroje produkto gamybai skiriamas laikas svarbiausias veiksnys verslo sėkmė ar nesėkmė. Netgi aukštos kokybės produktas gali būti nereikalaujamas, jei iki naujo produkto išleidimo rinka jau yra prisotinta panašių konkuruojančių bendrovių produktų. Todėl vis daugiau pramonės sričių aktyviai įsisavina AF technologijas. Juos vis dažniau naudoja mokslinių tyrimų organizacijos, architektūros ir dizaino biurai, dizaino studijos ir tiesiog pavieniai žmonės kūrybai ar hobiui. Daugelyje kolegijų ir universitetų papildomos mašinos arba, kaip dažnai vadinama, 3D spausdintuvai yra neatsiejama profesinio inžinieriaus mokymo proceso dalis.

Yra daug technologijų, kurias galima pavadinti priedais, jos turi vieną bendrą bruožą: modelis yra sukurtas pridedant medžiagos (iš anglų kalbos add - „add“), skirtingai nei tradicinės technologijos, kai dalis sukuriama pašalinant “ medžiagos perteklius “.

Klasikinė ir tiksliausia technologija yra SLA (iš stereolitografijos aparato) arba stereolitografija-sluoksniuotas skystos fotopolimero kietinimas lazeriu.

Yra daug fotopolimerų kompozicijų rūšių, todėl SLA technologija gautų prototipų taikymo sritis yra labai plati: maketai ir mastelio modeliai aerodinaminiams ir hidrodinaminiams bandymams, liejyklos ir pagrindiniai modeliai, dizaino modeliai ir prototipai, funkciniai modeliai ir kt. .

Selektyvus lazerinis sukepinimas - SLS technologija (selektyvus lazerinis sintetinimas), SelectiveLaserMelting) yra dar viena svarbi priedų technologijų sritis.

Čia statybinė (modelinė) medžiaga yra laisvai tekanti, miltelių pavidalo medžiaga, o lazeris yra ne šviesos šaltinis, kaip SLA mašinose, o šilumos šaltinis, per kurį lydosi miltelių dalelės. Kaip pavyzdinės medžiagos naudojama daug tiek polimerinių, tiek metalinių miltelių.

Poliamido milteliai daugiausia naudojami funkciniam modeliavimui, prototipų kūrimui ir valdymo mazgų gamybai. Liejimo formoms gaminti naudojamas polistirenas.

Atskira kryptis yra metalo miltelių kompozicijų sluoksninis sukepinimas lazeriu (suliejimas). Šios krypties AF technologijų plėtra paskatino metalo miltelių gavimo technologijų kūrimą. Šiandien metalo kompozicijų nomenklatūroje yra daug medžiagų, kurių pagrindą sudaro Ni ir Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), Fe pagrindu (įrankių plienas: 18Ni300, H13; nerūdijantis plienas: 316L), Ti (Ti6-4, CpTigr1), pagrįstas Al (AlSi10Mg, AlSi12). Gaminami bronzos milteliai, specialūs lydiniai, taip pat taurieji metalai - daugiausia dantų medicinos reikmėms.

Iš metalo miltelių „išauginami“ liejimo ruošiniai, specialūs įrankiai, sudėtingos konfigūracijos originalios dalys, kurias sunku arba neįmanoma gauti liejant ar apdirbant, implantai ir endoprotezai ir daug daugiau. Net ir dabar, kai gaminama smulkiai ir smulkiai, dažnai tampa ekonomiškai perspektyvu „užauginti“ nedidelę dalių partiją SLS mašinoje, o ne gaminti liejyklą ar štampavimo įrankius. Kartu su HIP (karštu izostatiniu presavimu) ir atitinkamu terminiu apdorojimu tokios dalys yra ne tik tokios pat geros, kaip lieti ar suklastoti gaminiai, bet ir stiprumu jas viršija 20–30%.

Atsiveria labai plačios perspektyvos dar vienai papildomai technologijai - rašalinio spausdinimo technologijai - „InkJet“ arba „PolyJet“ technologijai. Ši technologija apima modelinės medžiagos arba rišiklio kompozicijos taikymą naudojant reaktyvines galvutes. „InkJet“ technologijos ypač domina liejyklas.

Jie leidžia tiesiogiai „auginti“ liejimo formas, tai yra „neigiamą“ dalį, ir neįtraukti liejimo įrangos gamybos etapų - pagrindinio modelio ir liejimo modelio. „ExOne“ (ir jos dukterinė įmonė „ProMetal GmbH“) gamina „S-Max“ tipo mašinas, kurios yra išdėstytos ne kaip „prototipų gamybos mašinos“, bet kaip „įprasta“ technologinė pramoninė įranga, sumontuota bendroje technologinėje gamybos grandinėje, ne tik eksperimentinėje, bet ir taip pat serijiniai produktai ... Beveik visos pasaulio automobilių kompanijos yra įsigijusios tokius automobilius. Suprantama - su jų pagalba tapo įmanoma ne kelis kartus, o didesniu mastu sutrumpinti laiką, praleistą moksliniams tyrimams ir technologinei plėtrai kritinėse automobilių statytojų pozicijose - liejyklų dalys: variklio blokai ir galvutės, ašys ir pavarų dėžės, dalys kurių gamybai tradicinė bandomoji gamyba praleido mėnesius, o atsižvelgiant į eksperimentinį tikslinimą ir gamybos paruošimą - daug mėnesių. Dabar dizaineris savo naują variklį bandymų stende gali pamatyti ne po šešių mėnesių, o praėjus dviem savaitėms po techninio projekto pabaigos.

Šiandien Rusijoje yra daug kompanijų, teikiančių prototipų kūrimo paslaugas, tačiau dažniausiai tai yra smulkaus verslo su vienu ar dviem nebrangiais 3D spausdintuvais, galinčiais auginti paprastas dalis. Taip yra dėl to, kad aukštųjų technologijų įranga gali teikti aukštos kokybės produktai yra brangūs, todėl jų eksploatavimui ir priežiūrai reikalingas kvalifikuotas specialiai apmokytas personalas. Ne kiekviena įmonė gali sau tai leisti, nes norint jį nusipirkti, būtina aiškiai suprasti, kaip ir kaip efektyviai ši įranga bus naudojama, ar ji bus apkrauta darbu. Tokių bendrovių silpnybė yra problemų nesudėtingumas. Geriausiu atveju verslas apsiriboja gana paprastos paslaugos teikimu - prototipo ar modelio sukūrimu vienaip ar kitaip. Tuo tarpu AF technologijos yra ne tik ir ne tiek 3D spausdintuvas, bet ir svarbi 3D aplinkos, kurioje gimsta naujas produktas, dalis - nuo dizainerio idėjos iki jo idėjų įgyvendinimo masinėje gamyboje. Aplinka, kurioje Naujas produktas sukurta, „gyvena“, eksploatuojama, remontuojama iki galo “ gyvenimo ciklas"šio produkto.

Todėl, norėdami visapusiškai naudoti AF technologijas, turite sukurti šią aplinką: įvaldyti 3D projektavimą ir modeliavimą, CAE ir CAM technologijas, skaitmeninimo ir pertvarkymo technologijas, susijusias technologijas, įskaitant gana tradicines, bet pertvarkytas 3D aplinkai. Be to, norint jį įvaldyti ne viename universitete ar didelėje gamykloje - tokių pramonės šakų apskritai yra visais lygiais - tai net nėra atskira, pavyzdžiui, aviacijos ar automobilių pramonė. Tada AF technologijos atrodys ne kaip egzotiški malonumai, o visiškai natūrali ir efektyvi jungtis bendroje 3D kūrimo, gamybos ir produkto gyvavimo ciklo aplinkoje.

Rinkoje taip pat yra didelių kompanijų, turinčių aukšto lygio įrangą, kurios paprastai išsprendžia gana sudėtingas gamybos problemas ir teikia daugiau naudingų paslaugų kartu su prototipų kūrimu, galinčiomis atlikti tyrimus ir plėtrą nuo pradžios iki pabaigos ir kontroliuoti įrangos kokybę. dirbti kiekviename etape. Šios įmonės apima FSUE "NAMI", AB "Universal", NPO "Salut", OJSC "NIAT" (Maskva), UMPO (Ufa), Mokslinių tyrimų institutas "Mašinų gamybos technologijos", (SPbSPU), OJSC "Tushinsky machine- statybų gamykla “ir daugybė kitų. Tačiau ne kiekviena įmonė sugeba taikyti tokį integruotą požiūrį, ypač esant abejingai valstybės pozicijai.

Apskritai padėtis diegiant AF technologijas Rusijos pramonėje išlieka nepalanki. Mokslininkai, inžinieriai ir technologai nerado tinkamų žodžių, kad atkreiptų valstybės dėmesį į pavojingą inovacijų srities atsilikimą, kuris yra būtinas vidaus pramonei. Nerasta jokių argumentų, kurie įtikintų valdžios institucijas, kad reikia parengti nacionalinę priedų technologijų kūrimo programą, sukurti vidaus AF mašinų pramonę. Rusija praktiškai nedalyvauja tarptautinėse organizacijose, kurios daro didelę įtaką AF technologijų plėtrai pasaulyje.

Pagrindinės AF technologijų diegimo problemos pirmiausia yra personalas, kuris, kaip žinote, išsprendžia viską; Pačios 3D mašinos, aukštos kokybės AF įranga, kurios negalima nusipirkti ir kuri negali būti sukurta be tikslinės vyriausybės paramos viena ar kita forma (kuri, beje, didžioji dauguma atvejų daroma užsienyje); medžiagos yra atskira ir sudėtinga tarpdisciplininio pobūdžio problema, kurios sprendimas vėlgi visiškai priklauso nuo valstybės vykdomo proceso valdymo kokybės. Tai yra didžiuliai uždaviniai konkrečiai pramonei. Tai problema, kurią galima išspręsti tik tuo atveju, jei bus tikslinga aukštojo mokslo, akademinio ir pramonės mokslo sąveika.

„ACTech“ liejykla, pastatyta Freiburge (netoli Drezdeno) dešimtojo dešimtmečio pabaigoje per Rytų teritorijų renesansą, yra puikus valstybės „įsikišimo į rinką“ pavyzdys sprendžiant sudėtingas technologines problemas. Augalas yra gana mažas pagal mūsų standartus - tik 6500 kv. metrų bendro ploto, pastatyto adata, atvirame lauke ir buvo aprūpintas pažangiausiais technologinė įranga, kurių pagrindinis bruožas buvo AF mašinos smėlio formoms auginti (iš EOS, Miunchenas). Galbūt tai buvo pirmasis pavyzdys integruotas požiūris- gamykla buvo įrengta moderni įranga realiam darbui 3D aplinkoje: AF mašinos, matavimo įranga, CNC staklės, lydymo, liejimo ir šiluminė įranga. Šiuo metu ten dirba apie 230 žmonių, iš kurių 80% yra inžinieriai ir vadovai. Dabar tai viena garsiausių gamyklų visame pasaulyje, kurios klientai yra beveik visos pirmaujančios automobilių kompanijos Vokietijoje, daugelis Europos ir Amerikos aviacijos kompanijų. Pakanka į gamyklą nusiųsti būsimo produkto 3D failą ir aprašyti užduotį: medžiagą, kiekį, pageidaujamą gamybos laiką ir tai, ką norite gauti - liejinį ar visiškai apdorotą dalį, nuo to priklauso pristatymo laikas - nuo Nuo 7 dienų iki 8 savaičių. Pažymėtina, kad apie 20% užsakymų yra pavienės dalys, apie 40%-2-5 dalių užsakymai. Beveik pusė liejinių yra ketaus; maždaug trečdalis yra aliuminis; likusi dalis yra plienas ir kiti lydiniai. Gamyklos specialistai aktyviai bendradarbiauja su įmonėmis - AF įrangos gamintojais, atlieka bendrus tyrimus ir plėtrą su universitetais, gamykla taip pat sėkmingai dirba komercinė įmonė ir naujų technologinių procesų bandymų poligonas.

Naujo produkto gyvavimo ciklas.
Darbas buvo atliktas ZAO NPO „Turbotekhnika“

Priedinių technologijų rinka Rusijoje vystosi, tačiau tai vyksta labai lėtai, nes norint, kad šios technologijos būtų tinkamo lygio, reikalinga valstybės parama. Skiriant deramą dėmesį AF technologijų diegimui, jos gali žymiai padidinti reagavimo į rinkos poreikius greitį ir ekonominis efektyvumas daugelis pramonės šakų.

Kirilas Kazmirčiukas, SPbSPU tyrimų instituto „Inžinerinės technologijos“ direktoriaus pavaduotojas
Viačeslavas Dovbyshas, tyrimų instituto „NAMI“ metalų ir polimerų liejimo vakuumo laboratorijos vadovas

Autorių pateiktos nuotraukos ir medžiaga

Kaip žinote, yra keli 3D spausdinimo būdai, tačiau visi jie yra priedų gamybos technologijos dariniai. Nepriklausomai nuo to, kokį 3D spausdintuvą naudojate, ruošinys statomas pridedant žaliavų sluoksniais. Nepaisant to, kad vidaus inžinieriai terminą „Priedų gamyba“ vartoja labai retai, sluoksnių po sluoksnių sintezės technologijos iš tikrųjų užėmė šiuolaikinę pramonę.

Ekskursija į praeities priedų gamybą

Skaitmeninė gamyba buvo pritaikyta medicinoje, astronautikoje, gamyboje gatavus produktus ir prototipų kūrimas. Nors 3D spausdinimas plačiai laikomas vienu iš pagrindinių XXI amžiaus atradimų, iš tikrųjų priedų technologijos atsirado prieš kelis dešimtmečius.

Pramonę pradėjo kurti 3D sistemų įkūrėjas Charlesas Hullas. 1986 metais inžinierius surinko pirmąjį pasaulyje stereolitografinį 3D spausdintuvą, todėl skaitmeninės technologijos tapo didžiuliu šuoliu į priekį. Maždaug tuo pačiu metu Scottas Crumpas, vėliau įkūręs „Stratasys“, išleido pirmąją pasaulyje FDM mašiną. Nuo to laiko 3D spausdinimo rinka sparčiai augo ir pasipildė naujais unikalios spausdinimo įrangos modeliais.

Iš pradžių tiek SLA, tiek FDM technologijos buvo kuriamos viena šalia kitos pramoninė gamyba Tačiau 1995 m. Atėjo posūkis, dėl kurio buvo prieinami priedų gamybos metodai. Masačusetso technologijos instituto studentai Jimas Bradtas ir Timas Andersonas įdėjo sluoksnio po sluoksnio sintezės technologiją į įprasto stalinio spausdintuvo korpusą. Taip buvo įkurta „Z Corporation“, kuri jau seniai laikoma buitinio 3D spausdinimo lyderiu.

Priedų gamybos technologija - naujovių amžius

Šiais laikais AF technologijos yra visur paplitusios: mokslinių tyrimų organizacijos jas naudoja kurdamos unikalias medžiagas ir audinius, pramonės milžinai naudoja 3D spausdintuvus, kad paspartintų naujų produktų prototipų kūrimą, architektūros ir dizaino įmonės atrado begalinį 3D spausdinimo potencialą, o dizaino studijos tiesiogine prasme įkvėpė. naujas gyvenimasį projektavimo verslą dėka papildomų mašinų.

Tiksliausia priedų technologija yra stereolitografija-tai žingsnis po žingsnio skysto fotopolimero sluoksnio po sluoksnio kietėjimo metodas. SLA spausdintuvai pirmiausia naudojami prototipų kūrimui, maketams ir didelio tikslumo dizaino komponentams, kurie yra labai detalūs.

Selektyvus lazerinis sukepinimas iš pradžių pasirodė kaip patobulintas skystos fotopolimero kietinimo būdas. SLS technologija leidžia naudoti miltelių pavidalo medžiagas kaip rašalą. Šiuolaikiniai SLS spausdintuvai gali apdoroti keraminį molį, metalo miltelius, cementą ir sudėtingus polimerus.

Liejimo pramonė neseniai pristatė „PolyJet“ mašinas, naudojančias klasikinę AF technologiją. Juose yra greito nustatymo rašalinių spausdintuvų galvutės. Šiandien „InkJet 3D“ spausdintuvai nėra plačiai paplitę, tačiau gali būti, kad po kelerių metų 3D rašalinis spausdinimas taps toks paplitęs kaip ir klasikiniai spausdinimo įrenginiai. „ExOne“ pirmavo šioje pramonėje su savo „S-Max“ prototipų mašina.

Pigiausi vis dar yra FDM spausdintuvai-įrenginiai, sukuriantys trimatius objektus iš sluoksniuoto lydalo gijos. Dažniausiai tokio tipo spausdintuvai yra mašinos, kurios spausdina išlydytu siūlu. Juose gali būti viena ar kelios spausdinimo galvutės, kurių viduje yra kaitinimo elementas.

Dauguma plastikinių priedų spausdintuvų gali gaminti tik vienspalves formas, tačiau pastaruoju metu 3D spausdinimo rinkoje pasirodė mašinos, kurios vienu metu naudoja kelių rūšių gijas. Ši naujovė leidžia kurti spalvotus objektus.

AF technologijų perspektyvos

Šiuo metu 3D spausdinimo rinka toli gražu nėra perpildyta. Pramonės analitikai sutinka, kad priedų technologijos turi šviesią ateitį. Jau šiandien tyrimų centrai, kurie nepakankamai vertina AF raidą, gauna milžiniškas finansines injekcijas gynybos kompleksas ir medicinos valstybines institucijas, o tai nekelia abejonių dėl ekspertų prognozių tikslumo!

Priedų technologija yra palyginti jaunas, bet labai populiarus reiškinys. Šios technologijos pavadinimas kilęs iš angliško termino „Additive Manufacturing“, kuris pažodžiui reiškia „gamyba papildant“. Priedų technologija reiškia gamybos metodą, kai sluoksniai po sluoksnio kaupiamos žaliavos.

Garsiausias priedų technologijų taikymo pavyzdys yra populiarūs 3D spausdintuvai. Visi šių prietaisų tipai veikia naudojant sluoksnių sluoksnių sintezės technologiją.

Priedinės gamybos technologijos padarė revoliucinį proveržį daugelyje pramonės šakų - medicinos, statybos, inžinerijos, inžinerijos, dizaino.

Ekskursija į istoriją

3D spausdinimo technologija laikoma pagrindiniu XXI amžiaus atradimu, tačiau šių novatoriškų prietaisų istorija siekia XX a. Technologijos išradėjas ir naujos pramonės įkūrėjas buvo inžinierius Charlesas Hullas, „3D-Systems“ įkūrėjas ir savininkas.

1986 metais Charlesas pagamino pirmąjį stereolitografinį 3D spausdintuvą. Maždaug tuo pačiu metu kitas inžinierius Scottas Trumpas sukūrė pirmąją savo klasėje FDM mašiną. Šie du svarbūs išradimai žymėjo sprogstamosios 3D spausdinimo rinkos plėtros pradžią.

Naujas vystymosi etapas

Kitas 3D spausdinimo raidos žingsnis buvo sluoksnio po sluoksnio sintezės technologijos įvedimas į įprasto stalinio 3D spausdintuvo korpusą, kurį atliko MIT studentai Timas Andersonas ir Jimmy Bradtas. Vėliau jie įkūrė „Z Corporation“, ilgametę pramonės lyderę.

Šiuolaikinės priedų technologijos

Šiais laikais priedų technologijos išgyvena galingo vystymosi ir plataus populiarėjimo laikotarpį.

Istoriškai pati pirmoji ir tiksliausia priedų technologija yra stereolitografija. Tai etapinis polimero kietėjimo lazeriu metodas. Ši technologija naudojama kuriant prototipus, gaminant maketus ir dizaino elementus, kuriuose yra daug detalių.

Atrankinis lazerinis sukepinimas yra novatoriškas skystos fotopolimero kietinimo būdas. Ši technologija leidžia dirbti su cementu, keraminiu moliu, sudėtingais polimerais, metalo milteliais.

Populiariausi kasdienine prasme yra FDM spausdintuvai, kurie atkuria objektus sluoksniuodami plastikinius siūlus. Anksčiau spausdintuvai galėjo kurti objektus pagal vieną spalvų schemą, tačiau dabar rinkoje yra prietaisų, kuriuose naudojami kelių rūšių spalvoti plastikiniai siūlai.

Priedinių technologijų centras

Rusijos rinkoje yra jauna įmonė, kuri specializuojasi priedų technologijų naudojime. UAB „Priedinių technologijų centras“ dirba projektavimo, inžinerijos ir skaičiavimo kompetencijų, techninių sprendimų ir gamybos optimizavimo sankirtoje.

Bendrovė turi didelį pramoninio masto 3D spausdintuvų parką iš pirmaujančių pasaulio gamintojų: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Pagrindinė centro darbo kryptis - bendradarbiavimas su įmonėmis, siekiant kurti ir parduoti naujus produktus ir unikalias technologijas. Centras taip pat specializuojasi nešiojamų stalinių 3D spausdintuvų ir skaitytuvų projektavime ir gamyboje. Šie 3D įrenginiai gali įkūnyti prototipų kūrimo technologijas namų aplinkoje ir idealiai tinka pirmą kartą susipažinti su papildomomis technologijomis ir 3D spausdinimo pagrindais.

Mašinų inžinerijos papildomos technologijos

Priedinės technologijos aktyviai naudojamos automobilių pramonėje. Amerikiečių inžinieriaus Jimo Korro, „Kor Ecologic“ įkūrėjo, komanda daugiau nei 15 metų dirbo prie „Urbee“ projekto - pirmojo 3D automobilio prototipo. Reikia pasakyti, kad ant spausdintuvo atspausdintas tik kėbulas ir kai kurios detalės - automobilio rėmas metalinis.

Šis automobilis išvysto nedidelį maksimalų 112 kilometrų greitį, tačiau dėl kėbulo konstrukcijos turi mažą pasipriešinimą ir gali nuvažiuoti apie 65 kilometrus elektros varikliu.

Priedų technologija taip pat naudojama amerikiečių kompanijos „Local Motors“, kuri savo elektromobilius ruošia masinei gamybai, prototipe. Įmonės prototipai turi modernų dizainą, didelį galios rezervą ir dirbtinį intelektą.

Papildomos technologijos: taikymas

Šiuolaikiniame pasaulyje priedų technologijos naudojamos daugelyje pramonės šakų ir gali būti naudojamos kiekvienoje. Pasaulio bulvariniai leidiniai periodiškai šokiruoja naujienas apie tai, kaip 3D spausdintuvu buvo atspausdintas ginklas, žmogaus organas, drabužiai, namas, automobilis.

Šių technologijų plėtros potencialas yra tikrai didelis ir gali paspartinti mokslo ir technologijų pažangos raidą - mokslo laboratorijos kuria novatoriškas medžiagas ir audinius, naudodamos 3D spausdintuvus. Priedų technologijų naudojimas pramonėje leidžia gamintojams paspartinti naujų dizainų prototipų kūrimą ir sutrumpinti kelią nuo idėjos iki įgyvendinimo. Architektūrinis ir statybos pramonė stengiasi 100%išnaudoti priedų technologijų galimybes. Dizaino verslas patiria naują plėtros etapą dėl priedų gamybos.

Pramonės plėtros perspektyvos yra labai palankios. Finansų analitikai prognozuoja sprogstantį augimą 3D spausdinimo rinkoje. MTP centrus, užsiimančius priedų kūrimu, finansuoja gynybos kompleksas ir medicinos valstybinės institucijos

Tarp technologijų, kurios nuolat atsiranda žmogaus gyvenime dėl mokslo pažangos pasiekimų, yra ir tokių, kurios vadinamos „priedais“. Šis apibrėžimas kilęs iš pasiskolinto žodžio „addiveness“ arba, tiksliau, iš angliškos frazės „additive production“ (sutrumpintai - AF), kuri pažodžiui verčiama kaip „pridėtinė gamyba“. Taigi, kas tai yra ir kaip tokio tipo technologijos gali būti naudingos šiandieninei visuomenei?

Esmė

Pridėtinės technologijos yra skaitmeninės pramonės šaka ir yra toks produktų bei įvairių produktų gamybos būdas, kai objekto sluoksniai sukuriami naudojant kompiuterinius įrenginius 3D spausdinimui. Kokias medžiagas jie užpildo? Paprastai tai yra vaškas, metalo ir gipso milteliai, polistirenas (bespalvis ir stiklinis polimeras, primenantis plastiką), poliamidai (plastikai), skysti fotopolimerai (ruošiniai, kurie sukietėja veikiant šviesos spinduliams, dažniausiai ultravioletiniai spinduliai) ir kt.

Atsiradimas: kaip buvo

Priedų gamybos istorija prasidėjo 1986 m., Kai „Ultraviolet Products“ atstovas Charlesas Hullas (dabar vykdomasis viceprezidentas ir generalinis direktorius) Techninis direktorius savo organizacija „3D Systems“) suprojektavo pirmąjį pasaulyje stereolitografinį spausdintuvą trimačiam spausdinimui. Šis mechanizmas buvo sukurtas pirmiausia tam, kad laiku aprūpintų JAV gynybos kompleksą. „Hull“ atkreipė dėmesį į tai, kad atskiroms dalims sukurti ir vėliau surinkti reikia daug laiko ir pastangų. Todėl jis nusprendė ne tik kreiptis pagalbos į ultravioletinę spinduliuotę, bet ir kuo racionaliau įgyvendinti savo planus. Taigi, vyras iš pradžių vienas ant kito uždėjo kelis tūkstančius plastiko sluoksnių ir tik tada juos sutvarkė vienu ultravioletiniu spinduliu.

Vėliau Charlesas paliko bankrutavusią UVP kompaniją, tačiau nenorėjo nustoti kurti savo sumanymo - 1983 metais užpatentavo techninį išradimą ir asmeniškai įkūrė įmonę, kuri vėliau išaugo iki tikros korporacijos masto. Šiandien "3D Systems" yra vienas iš pagrindinių spausdintuvų, produktų ir programinės įrangos, skirtos tūriniams produktams kurti, rinkos dalyvių.

Vėlesnis priedų technologijų kūrimas buvo gautas kolegų studentų iš Masačusetso technologijos instituto dėka. 1993 m. Jimas Bradtas ir Timas Andersonas nusprendė kokybiškai papildyti esamus pokyčius savo idėjomis, todėl paėmė ir pakeitė įprastą 2D spausdintuvą į 3D spausdinimo įrenginį. Modernizuotame prietaise buvo naudojami ne popieriaus lapai, o speciali skysta kompozicija, panaši į klijus, kuri buvo purškiama plonais pagrindinio užpildo sluoksniais (polimero, metalo ar gipso milteliais) ir sukietinama. Bradtas ir Andersonas suteikė AF šlovę visame pasaulyje, nes jie padarė juos populiaresnius ir universalesnius. 1995 m. Draugai sukūrė savo organizaciją „Z Corporation“, kurios sėkmė neliko nepastebėta „3D Systems“ - 2012 m. Ji įsigijo mažesnę, bet ne mažiau perspektyvią įmonę, o pagrindiniai jų projektai buvo pradėti skelbti pagal bendras logotipas.

Tikslas ir taikymas

Visa tai reiškė tik vieną dalyką - įžengimą į naują erą, kokybinius pokyčius daugelyje gamybos sričių ir supaprastinimą organizaciniai procesai! Pavyzdžiui, automobilių pramonėje prototipų kūrimo etapas gerokai paspartėjo, nes beveik visi komponentai, ar tai būtų galingi varikliai, ar įprasti mygtukai ir svirtys, buvo pradėti kurti visiškai ar iš dalies naudojant 3D spausdinimo technologiją.

Be to, įmonės pradėjo žymiai taupyti, nes dabar gamyba:

nebereikalingi tokie įvairūs įrankiai kaip anksčiau;
galėtų būti vykdomas prižiūrint mažesniam darbuotojų skaičiui. Tiesą sakant, norint teisingai sukurti dalį, pakanka 1-2 inžinierių. Pagrindinis dalykas, kurio iš jų reikalaujama, yra išsamios ir išsamios inžinerijos ir dizaino žinios. technines struktūras, taip pat darbo su AF nustatymais ypatumų supratimas.

Panašūs spausdintuvai aktyviai naudojami ... medicinoje! Tai gali atrodyti neįmanoma, tačiau net ir šiandien trimačiai gaminiai naudojami kaip pakeitimo ir rekonstrukcijos elementai, pavyzdžiui, kai kalbama apie veido ir žandikaulių chirurgiją. 2018 m. Kovo mėn. Mančesteryje buvo atidaryta klinika, kuri specializuojasi strypų, protezų ir plokščių gamyboje 3D spausdintuvuose, užpildytuose plastiko ar metalo mišiniais. Nors vien „PolyJet“ ligoninei kainavo 42 000 USD, vadovybė skaičiuoja, kad investicijos į savo 3D spausdinimo laboratoriją atsipirks greičiau nei nuolatinis tarpininkų naudojimas. Klinikos darbuotojai prognozuoja, kad po 5 metų tokie centrai taps privalomi medicinos ir reabilitacijos įstaigose, ypač jei jie susidurs su onkologinėmis, ortopedinėmis, neurologinėmis ir reumatologinėmis ligomis.

Įdomus faktas! AF taip pat naudojamas dirbtinėms galūnėms gaminti.

Bandomoji programa, prasidėjusi 2017 metais Jordanijos sostinėje, ne tik toliau įgauna pagreitį, bet ir rodo teigiamus rezultatus. Amane gydomi žmonės, bėgantys nuo karo veiksmų Sirijoje, Jemene ir Irake. Taigi, jau 5 savanoriai gavo „atspausdintus“ protezus, kurie, pirma, kainavo daug pigiau nei įprastai (apie 20 USD, palyginti su šimtais dolerių), ir, antra, buvo pagaminti atsižvelgiant į individualias savybes ir kūno parametrus.

Papildomos technologijos užkariauja ir kitas sritis: architektūrą, orlaivių statybą, sporto įrangos ir prekių gamybą vaikams ... Jų taikymo sritis plečiasi, ir darbo jėgos ir atlyginimai didėja.

Daugiau apie kai kurias AT rūšis

Nebus nereikalinga paminėti, kaip kiekvienu konkrečiu atveju vyksta tūrinio produkto kūrimas. Populiariausi priedų gamybos būdai yra šie:

Lydyto nusodinimo modeliavimas, FDM-modeliavimas sluoksniais. Objektas pastatytas pagal išdėstytą programinė įranga matematinis skaitmeninis modelis iš specialaus plastiko sriegio (meškerės), kuris lydosi iki tam tikros temperatūros, todėl tampa pakankamai lankstus, kad įgautų norimą formą. Pagalbinės konstrukcijos pašalinamos rankiniu būdu arba ištirpinant specialiame skystyje, o gatavas produktas paliekamas atspausdintas arba perdirbamas (dažymas, poliravimas, šlifavimas, klijavimas ir kt.). Gaminamos dalys visada skiriasi geros savybės tokių kaip atsparumas dilimui ir atsparumas karščiui.

„ColorJetPrinting“, CJP. Šios pažangios technologijos esmė yra kompozicinių miltelių, pagamintų iš gipso ir plastiko, naudojimas, kuris ne tik klijuojamas sluoksniais, bet ir yra dažomas skirtingų spalvų paletė CMYK, įskaitant iki 390 000 atspalvių! Kol kas spalvotą spausdinimą teikia tik CJP. Be to, šis AT taip pat leidžia atkurti įvairias tekstūras gaminių paviršiuje aukšta raiška... Nepaisant vidutinio galutinio produkto stiprumo ir nedidelio šiurkštumo, „ColorJetPrinting“, pasižyminti maža savikaina, aktyviai naudojamas kuriant architektūrinius modelius, miniatiūrines žmonių figūras, pristatymo pavyzdžius ir kitus vaizdinius objektus.

SelectiveLaserStering, SLS - selektyvus lazerinis sukepinimas. Čia miltelinės medžiagos (plastikai ir poliamidai) sukepinamos lazerio spinduliu. Šis metodas tuo pat metu tinka dideliems pramonės gaminiams, sudėtingos geometrijos ir detalios struktūros objektams bei partijoms, pagamintoms per vieną spausdinimo seansą. SLS technologija dažnai painiojama su „SelectiveLaserMelting“ arba SLM. Skirtumas tarp jų slypi tame, kad pirmuoju atveju susiliejimas yra dalinis ir vyksta tik ant dalelių paviršiaus, o antruoju atveju gaunamas kietas monolitas.

Konferencijos Rusijoje

Nacionalinė AT rinka Rusijoje vis dar nepakankamai išvystyta. Sferos potencialas neatskleidžiamas dėl personalo trūkumo, medžiagų ir įrangos bei tinkamos valstybės paramos programos trūkumo.

Nepaisant to, kai kurios institucijos savo jėgomis stengiasi skatinti Rusijos visuomenės supažindinimą su pažangiais AF pasiekimais. Viena iš šių organizacijų yra Visos Rusijos aviacijos medžiagų tyrimų institutas (VIAM), kurio atstovai kasmet rengia temines konferencijas apie priedų technologijas. Vidaus ir užsienio mokslininkai ir pramonės darbuotojai, norintys pakeisti tradicines gamybos formas naujoviškais metodais, pateikia savo ataskaitas. Šiemet kovo 30 dieną įvykęs renginys tapo 4 -uoju iš eilės. Dalyviai, pateikę preliminarias paraiškas, galėjo dalyvauti konferencijoje, kuri vyko šūkiu „Dabartis ir ateitis“.

Priedinės technologijos aktyviai naudojamos energetikoje, prietaisų gamyboje, aviacijos pramonėje, kosmoso pramonėje, kur yra didelė sudėtingos geometrijos produktų paklausa.Daugelis Rusijos įmonių jau yra susipažinę su priedų technologijomis. Atkreipiame jūsų dėmesį medžiaga iš almanacho Gamybos valdymas, kuriame aprašomi keli veiksmingo 3D spausdinimo diegimo pavyzdžiai.

Papildomos technologijos atvėrė galimybę gaminti bet kokio sudėtingumo ir geometrijos dalis be technologinių apribojimų. Dalių geometriją galima keisti projektavimo ir bandymo etape.

Failai ruošiami spausdinti kompiuteriuose su standartine programine įranga; STL failai priimami darbui. Šiandien tai plačiai naudojamas 3D objektų saugojimo formatas stereolitografiniams 3D spausdintuvams. Investicijos į projektą siekė apie 60 milijonų rublių.

Aleksandras Zdanevičius, „NPK United Wagon Company“ IT direktorius: „Priedų spausdinimo technologijos tobulėja ir greičiausiai artimiausiu metu pakeis daugelio pramonės šakų veidą. Tai daugiausia taikoma įmonėms, gaminančioms vienetines prekes pagal tam tikrą užsakymą. Su masine gamyba situacija yra sudėtingesnė, nors šioje srityje jau naudojami įvairių tipų 3D spausdintuvai.

Yra daug masinės sintezės technologijų. Vienas iš perspektyviausių pramoniniam įgyvendinimui yra. Procesą galima suskirstyti į du etapus. Iš pradžių susidaro konstrukcinis sluoksnis skysto fotopolimero pavidalu, tolygiai paskirstytas ant darbinės platformos paviršiaus. Tada šio sluoksnio dalys pasirinktinai išgydomos pagal dabartinį kompiuteryje sukurto 3D modelio skyrių.

Taikoma geležinkelių inžinerijai šią technologiją gali būti naudojamas liejimo paruošimo etape, visų pirma gaminant liejimo įrangos komplektą. Tas pats įrankių rinkinys, unikalus kiekvienam liejimui, naudojamas tūkstančiams atitinkamų liejimo formų gamybos ciklų.

Galutinio produkto kokybė tiesiogiai priklauso nuo visų dizainerių pateiktų parametrų tikslumo gaminant įrankių rinkinį. Tradicinis įrankių rinkinio gamybos būdas mechaniniu būdu apdorojant medžiagas (metalą, plastiką, o kartais ir medieną) yra labai daug darbo reikalaujantis ir reikalaujantis daug laiko (kartais užtrunka iki kelių mėnesių), tačiau yra jautrus klaidoms.

Kiti komponentai ir mazgai gali būti integruoti į „atspausdintus“ modelius. Trimatis spausdinimas visiškai pasiteisina dėl didelio prototipų kūrimo greičio, taip pat dėl „perdirbimo ant stalo“ tiesiai WGC, o tai sutaupo daug laiko ir pinigų, o ne gamina visapusiškus pavyzdžius „aparatinėje įrangoje“. " gamyboje.

Nemažą darbą tobulinant priedų technologijas atlieka Valstybinė korporacija „Rosatom“... Vadovybė įsitikinusi, kad netrukus valstybinė korporacija turės visus „skaitmeninės gamybos“ komponentus - nuo medžiagų, įrangos, technologijų kūrimo iki produktų gamybos. Pramonė įgyvendina priedų technologijų programą, kurią sudaro poskyriai: technologija, žaliavos, įranga, standartizavimas. Trys institutai užsiima metalo miltelių, skirtų 3D spausdinimui „Rosatom“, gamybos technologijų kūrimu: „Giredmet“, „VNIIKhT“, „VNIINM“. Tuo pat metu vyksta darbas kuriant prototipas 3D spausdintuvas skirtas metalo ir kompozicinių gaminių 3D spausdinimui. „Rosatom“ planuoja pateikti pavyzdį iki 2017 m.

Trimatis spausdinimas visiškai pasiteisina dėl didelio prototipų kūrimo greičio, taip pat dėl „perdirbimo ant stalo“ tiesiai WGC, o tai sutaupo daug laiko ir pinigų, o ne gamina visapusiškus pavyzdžius „aparatinėje įrangoje“. " gamyboje.

„Iki 2018 metų pradžios turime užbaigti visą„ Rosatom “priedų technologijų ciklą. Mums reikia dar vienerių metų, kad paleistume savo bandomąjį instaliacijos pavyzdį, ir maždaug tiek pat - kad susitartume su visomis šalimis, užtikrinančiomis naudojamą reguliavimo komponentą “, - sakė Aleksejus Dubas.

„Rosatom“ struktūroje priedų technologijos kuriamos kuro kompanijoje „TVEL“, kuri aktyviai bendradarbiauja su regioniniu inžinerijos centru, sukurtu UrFU, kuriant rusišką 3D spausdintuvą. Miltelinė metalurgija nėra naujovė Uralo elektrocheminiam kombinatui ir jo įmonėms. Pavyzdžiui, elektrocheminių keitiklių gamykloje milteliai buvo naudojami filtrams, skirtiems urano dujoms difuzuoti izotopų atskyrimo metu, gaminti, taip pat lydmetaliams ir paviršiniam purškimui.

Tomsko politechnikos universiteto mokslo ir švietimo centre „Šiuolaikinės gamybos technologijos“

Vienas iš pionierių lazerinių spausdintuvų srityje yra mokslo ir švietimo centras „Šiuolaikinės gamybos technologijos“. Tomsko politechnikos universitetas... Jame yra elektronų pluoštų sintezės (elektronų pluošto) spausdintuvas, Lazerinis spausdintuvas, spausdintuvus, kurie spausdina sustiprintais kompozitais, taip pat ultragarsinį tomografą, kuris atlieka neardomąjį gatavų gaminių bandymą čia, „prie mašinos“. Centro specialistai gamina AM įrenginius, kuria jiems programinę įrangą ir ketina peržengti „laboratorijos“ ribas.

Visas gamybos ciklas yra nustatytas TPU priedų technologijų centre - nuo idėjos iki galutinio produkto įgyvendinimo. Galima gaminti ir išbandyti erdvėlaivių odai skirtas dalis, kaukolės ir veido chirurgijos implantus, sudėtingos formos gaminius ir daug daugiau, taip pat sukurti naujas skaitmenines instaliacijas, pavyzdžiui, spausdinimo instrumentams TKS. „Naudodamiesi unikaliomis technologijomis, galime sukurti importą pakeičiančius produktus, kurie yra kelis kartus pigesni už importuotus analogus, o kokybė nėra blogesnė“,-sakė centro direktorius Vasilijus Fedorovas.

Papildomų technologijų plėtra taip pat turi apribojimų.

Pirma, didelė technologijų (įrangos ir medžiagų) kaina, tačiau technologijų kūrimo procese kaina palaipsniui mažėja.
Antra, trūksta kvalifikuoto personalo, išmanančio technologiją.
Trečia, nepakankamas vystymasis, metrologinės paramos trūkumas kelia susirūpinimą gaminant labai svarbias dalis.
AM procesai (priedų gamyba) dar nėra integruoti į produktų gamybos technologiją.„Akivaizdu, kad bet kuris atsakingas dizaineris nedės dalies į atsakingą gaminį, nežinodamas, kiek jis tarnaus“, - komentavo Aleksejus Dubas.
Svarbi užduotis yra poreikis sukurti priedų produktų, technologinių procesų, miltelių ir kompozicijų sertifikavimo ir standartizavimo sistemą. Norėdami išspręsti šias problemas, „Rosstandart“ susikūrė techninis komitetas, kuri rengia reguliavimo dokumentus priedų technologijų srityje.

3D spausdinimas pradeda plisti visame pasaulyje, ir Rusija neturėtų atsilikti šioje srityje. Šių technologijų naudojimas leidžia sumažinti produkto kainą, pagreitinti jo dizainą ir gamybą.
- Pramonės ir prekybos ministerijos vadovas Denisas Manturovas

Išvada

Populiarumas nuolat auga. Nors bendra pasaulio rinkos apimtis yra palyginti maža (apie 6 mlrd. JAV dolerių), metiniai augimo tempai negali padaryti įspūdžio - vidutiniškai 20–30 proc. Tačiau vis dar nėra vieningos nuomonės vertinant priedų technologijų vaidmenį pramonėje: vieni teigia, kad pradėjus naudoti 3D spausdinimo metodus, pramonė nyks tradicine prasme, kiti - kad trimačiai spausdintuvai taps tik viena. gamybos schemų elementų. Tačiau nepaisant visų egzistuojančių nesutarimų, negalima paneigti didžiojo priedo technologijų pažado pramonėje.

Tiesioginis sudėtingos geometrijos ir konkrečių medžiagų produktų augimas ekonominiu požiūriu yra labai pelningas. Tai taupo medžiagą, laiką ir sumažina klaidų riziką. 3D spausdintuvai nebėra „brangus žaislas“; šiandien jie užima visavertę vietą tarp pagrindinių technologijų