Teknologjitë përshtatëse në industri. Prodhim Aditiv (AM). Teknologji shtesë në arsim

Shtyp

Pjesë & Materiale

Teknologji shtesë në industrinë ruse

Teknologjitë AF janë një lidhje efektive në prodhimin modern

Teknologjitë shtesë (AF-Additive Manufacturing), ose teknologjitë e sintezës shtresë pas shtrese, sot është një nga fushat më dinamike të zhvillimit të prodhimit "dixhital". Ato lejojnë një rend të madhësisë për të përshpejtuar R&D dhe zgjidhjen e detyrave të përgatitjes së prodhimit, dhe në një numër rastesh tashmë përdoren në mënyrë aktive për prodhimin e produkteve të gatshme.

Në të kaluarën e afërt, 10-15 vjet më parë, teknologjitë shtesë u përdorën kryesisht në industritë tradicionalisht të avancuara teknologjikisht-industrinë e automobilave, aviacionit dhe hapësirës ajrore, si dhe në prodhimin e instrumenteve dhe mjekësinë, ku tandemi i kohës dhe parave ka qenë gjithmonë i rëndësi të veçantë.

Në epokën e një ekonomie inovative, koha e shpenzuar për prodhimin e një produkti është faktori më i rëndësishëm suksesi ose dështimi i biznesit. Edhe një produkt me cilësi të lartë mund të jetë i padiskutueshëm nëse tregu deri në lëshimin e një produkti të ri tashmë është i ngopur me produkte të ngjashme nga kompanitë konkurruese. Prandaj, gjithnjë e më shumë fusha të industrisë po zotërojnë në mënyrë aktive teknologjitë AF. Gjithnjë e më shumë, ato përdoren nga organizatat kërkimore, zyrat arkitektonike dhe të projektimit, studiot e projektimit dhe thjesht individë për kreativitet ose si hobi. Në shumë kolegje dhe universitete, makinat shtesë, ose siç quhen shpesh, printerët 3D, janë një pjesë integrale e procesit arsimor për trajnimin profesional inxhinierik.

Ka shumë teknologji që mund të quhen shtesë, ato kanë një gjë të përbashkët: modeli është ndërtuar duke shtuar material (nga anglishtja shto - "shto"), ndryshe nga teknologjitë tradicionale, ku krijimi i një pjese bëhet duke hequr " material i tepërt ".

Teknologjia klasike dhe më e saktë është SLA (nga Stereolithography Apparatus), ose stereolitografia, një shërim shtresë pas shtrese i fotopolimerit të lëngshëm me një lazer.

Ekzistojnë shumë lloje të kompozimeve fotopolimer, prandaj, gama e aplikimit të prototipeve të marra nga teknologjia SLA është shumë e gjerë: modele makete dhe shkallë për testet aerodinamike dhe hidrodinamike, modele shkritore dhe master, modele dhe prototipe të projektimit, modele funksionale, etj. Me

Sinterimi selektiv me lazer - teknologjia SLS (Sinterimi Laser Selective), SelectiveLaserMelting) është një fushë tjetër e rëndësishme e teknologjive shtesë.

Këtu, materiali i ndërtesës (modeli) është me rrjedhje të lirë, materiale pluhur, dhe lazeri nuk është një burim drite, si në makinat SLA, por një burim nxehtësie, përmes të cilit grimcat e pluhurit shkrihen. Një numër i madh i pluhurave polimer dhe metale përdoren si materiale model.

Poliamidi pluhur përdoret kryesisht për modelimin funksional, prototipimin dhe prodhimin e montimeve të kontrollit. Polistireni përdoret për prodhimin e modeleve të derdhura.

Një drejtim i veçantë është sinterizimi (shkrirja) lazer me shtresë i përbërjeve të pluhurit metalik. Zhvillimi i këtij drejtimi të teknologjive AF stimuloi zhvillimin e teknologjive për marrjen e pluhurave metalikë. Sot, nomenklatura e kompozimeve metalike ka një gamë të gjerë të materialeve të bazuara në Ni dhe Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), bazuar në Fe (çeliqet e veglave: 18Ni300, H13; çelik inox: 316L), bazuar në Ti (Ti6-4 , CpTigr1), bazuar në Al (AlSi10Mg, AlSi12). Pluhurat prej bronzi, lidhjet speciale, si dhe metalet e çmuara prodhohen - kryesisht për nevojat e mjekësisë dentare.

Pluhurat metalikë përdoren për të "rritur" boshllëqet e mykut, mjetet speciale, pjesët origjinale të konfigurimit kompleks, të cilat janë të vështira ose të pamundura për t'u marrë me derdhje ose përpunim, implantet dhe endoprotezat, dhe shumë më tepër. Edhe tani, në rastin e prodhimit të pjesëve dhe prodhimit në shkallë të vogël, shpesh bëhet ekonomikisht e qëndrueshme të "rritësh" një pjesë të vogël të pjesëve në një makinë SLS, në vend që të prodhosh mjete shkritore ose vdes. Në kombinim me HIP (Hot Isostatic Pressing) dhe trajtimin e duhur të nxehtësisë, pjesë të tilla nuk janë vetëm aq të mira sa produktet e derdhura ose të falsifikuara, por gjithashtu i tejkalojnë ato në forcë me 20-30%.

Perspektiva shumë të gjera po hapen për një teknologji tjetër shtesë - teknologjinë e printimit me bojë - teknologjinë InkJet ose PolyJet. Kjo teknologji përfshin aplikimin e një materiali model ose një përbërje lidhëse duke përdorur kokat e avionit. Teknologjitë InkJet janë me interes të veçantë për shkritoren.

Ato bëjnë të mundur që "të rriten" drejtpërdrejt format e hedhjes, domethënë "negative" të pjesës, dhe të përjashtohen fazat e prodhimit të pajisjeve të derdhjes - modeli kryesor dhe modeli i derdhjes. ExOne (dhe filiali i saj ProMetal GmbH) prodhon makina të tipit S-Max, të cilat nuk janë pozicionuar si "makina prototipuese", por si pajisje industriale teknologjike mjaft "të zakonshme" të instaluara në zinxhirin e përgjithshëm teknologjik të prodhimit jo vetëm eksperimental, por edhe produkte serike ... Pothuajse të gjitha kompanitë e makinave në botë kanë blerë makina të tilla. Isshtë e kuptueshme - me ndihmën e tyre u bë e mundur, jo disa herë, por me një urdhër të madhësisë, të zvogëlohet koha e kaluar në R&D në pozicione kritike për ndërtuesit e makinave - pjesë shkritore: blloqe dhe koka motorësh, akse dhe kuti ingranazhesh, pjesë për prodhimin e të cilave në një prodhim pilot tradicional kaluan muaj, dhe duke marrë parasysh rregullimin dhe përgatitjen eksperimentale të prodhimit - shumë muaj. Tani projektuesi mund ta shohë motorin e tij të ri në stolin e provës jo gjashtë muaj më vonë, por dy javë pas përfundimit të projektit teknik.

Sot në Rusi ka shumë kompani që ofrojnë shërbime prototipimi, por kryesisht këto janë bizneset e vogla me një ose dy printera 3D të lirë të aftë për të rritur pjesë të thjeshta. Kjo është për shkak të faktit se pajisjet e teknologjisë së lartë të afta për të siguruar cilesi e larte produktet janë të shtrenjta dhe kërkojnë personel të kualifikuar, të trajnuar posaçërisht për të operuar dhe mirëmbajtur. Jo çdo kompani mund ta përballojë atë, sepse për të blerë është e nevojshme të kuptohet qartë se si dhe sa me efikasitet do të përdoret kjo pajisje, nëse do të ngarkohet me punë. Dobësia e kompanive të tilla është mungesa e kompleksitetit në zgjidhjen e problemeve. Në rastin më të mirë, biznesi është i kufizuar në ofrimin e një shërbimi mjaft të thjeshtë - bërja e një prototipi ose modeli në një mënyrë ose në një tjetër. Ndërsa teknologjitë AF nuk janë vetëm dhe jo aq një printer 3D, por një pjesë e rëndësishme e mjedisit 3D në të cilin lind një produkt i ri - nga ideja e projektuesit deri në materializimin e ideve të tij në prodhimin masiv. Mjedisi në të cilin Produkt i Ri krijuar, "jeton", operuar, riparuar deri në përfundim " cikli i jetes"të këtij produkti.

Prandaj, për përdorimin e plotë të teknologjive AF, ju duhet të krijoni këtë mjedis: zotëroni modelimin dhe modelimin 3D, teknologjitë CAE dhe CAM, teknologjitë e digjitalizimit dhe rindërtimit, teknologjitë e lidhura, përfshirë ato mjaft tradicionale, por të riformatuara për një mjedis 3D. Për më tepër, për të mos e zotëruar atë në një universitet të vetëm ose në një fabrikë të madhe - ka industri të tilla në përgjithësi në të gjitha nivelet - kjo nuk është as në një industri të veçantë, për shembull, të aviacionit ose automobilave. Atëherë teknologjitë AF nuk do të duken si kënaqësi ekzotike, por një lidhje krejtësisht e natyrshme dhe efektive në mjedisin e përgjithshëm 3D të krijimit, prodhimit dhe ciklit të jetës së produktit.

Ekzistojnë gjithashtu kompani të mëdha në treg me pajisje të nivelit të lartë, të cilat, si rregull, zgjidhin probleme mjaft komplekse të prodhimit dhe ofrojnë një gamë më të gjerë shërbimesh të dobishme që shoqërojnë prototipimin, të afta për të kryer R&D nga fillimi në fund dhe për të kontrolluar cilësinë e punojnë në çdo fazë. Këto ndërmarrje përfshijnë FSUE "NAMI", AB "Universal", NPO "Salut", OJSC "NIAT" (Moskë), UMPO (Ufa), Instituti i Kërkimeve Shkencore "Teknologjitë e ndërtimit të makinerisë", (SPbSPU), OJSC "Tushinsky machine- fabrikë ndërtimi "dhe një numër të tjerë. Sidoqoftë, jo çdo ndërmarrje është e aftë për një qasje të tillë të integruar, veçanërisht në kushtet e një pozicioni indiferent nga ana e shtetit.

Në përgjithësi, situata me futjen e teknologjive AF në industrinë ruse mbetet jashtëzakonisht e pafavorshme. Shkencëtarët, inxhinierët dhe teknologët nuk gjetën fjalët e duhura për të tërhequr vëmendjen e shtetit në një vonesë të rrezikshme në sferën e inovacionit që është absolutisht e nevojshme për industrinë vendase. Asnjë argument nuk u gjet për të bindur autoritetet për nevojën për të zhvilluar një program kombëtar për zhvillimin e teknologjive shtesë, për të krijuar një industri vendase të makinave AF. Rusia praktikisht nuk merr pjesë në organizatat ndërkombëtare që kanë një ndikim të rëndësishëm në zhvillimin e teknologjive të AF në botë.

Problemet kryesore në zbatimin e teknologjive të AF janë, para së gjithash, personeli, i cili, siç e dini, zgjidh gjithçka; Makinat 3D vetë, pajisje AF me cilësi të lartë që nuk mund të blihen dhe nuk mund të krijohen pa mbështetjen e synuar nga qeveria në një formë ose në një tjetër (e cila, nga rruga, bëhet jashtë vendit në shumicën dërrmuese të rasteve); materialet janë një problem i veçantë dhe kompleks i një natyre ndërdisiplinore, zgjidhja e të cilit, përsëri, varet plotësisht nga cilësia e menaxhimit të procesit nga shteti. Këto janë detyra dërrmuese për një industri të veçantë. Ky është një problem që mund të zgjidhet vetëm nëse ekziston një ndërveprim i qëllimshëm midis arsimit të lartë, shkencës akademike dhe industriale.

Shkritorja ACTech, e ndërtuar në Freiburg (pranë Dresdenit) në fund të viteve 1990 gjatë rilindjes së Territoreve Lindore, është një shembull i shkëlqyer i "ndërhyrjes së tregut" të shtetit në zgjidhjen e problemeve komplekse teknologjike. Bima është mjaft e vogël sipas standardeve tona - vetëm 6,500 sq. metra sipërfaqe totale, e ndërtuar me gjilpërë, në një fushë të hapur dhe ishte e pajisur me më të avancuarat pajisje teknologjike, tipari kryesor i të cilave ishin makinat AF për rritjen e formave të rërës (nga EOS, Mynih). Ky ishte ndoshta shembulli i parë qasje e integruar- uzina ishte e pajisur pajisje moderne për punë reale në një mjedis 3D: makina AF, pajisje matëse, makina CNC, pajisje shkrirëse, shkritore dhe termike. Aktualisht, rreth 230 njerëz punojnë atje, 80% e të cilëve janë inxhinierë dhe menaxherë. Tani është një nga fabrikat më të famshme me një reputacion mbarëbotëror, klientët e së cilës janë pothuajse të gjitha kompanitë kryesore të automobilave në Gjermani, shumë kompani evropiane dhe amerikane të aviacionit. Mjafton të dërgoni një skedar 3D të produktit të ardhshëm në fabrikë dhe të përshkruani detyrën: materialin, sasinë, kohën e dëshiruar të prodhimit dhe atë që dëshironi të merrni - një derdhje ose një pjesë plotësisht të përpunuar, koha e drejtimit varet nga kjo - nga 7 ditë deri në 8 javë. Vlen të përmendet se rreth 20% e porosive janë pjesë të vetme, rreth 40% janë porosi për 2-5 pjesë. Pothuajse gjysma e derdhjeve janë prej gize; rreth një e treta është alumini; pjesa tjetër është çeliku dhe lidhjet e tjera. Specialistët e uzinës bashkëpunojnë në mënyrë aktive me firmat - prodhuesit e pajisjeve AF, kryejnë kërkime dhe zhvillime të përbashkëta me universitetet, uzina është gjithashtu e suksesshme ndërmarrje tregtare, dhe një terren testimi për procese të reja teknologjike.

Cikli jetësor i një produkti të ri.
Puna u krye për ZAO NPO "Turbotekhnika"

Tregu për teknologjitë shtesë në Rusi po zhvillohet, por kjo po ndodh shumë ngadalë, pasi që për t'i sjellë këto teknologji në nivelin e duhur, nevojitet mbështetja e shtetit. Me vëmendjen e duhur për zbatimin e teknologjive të AF, ato mund të rrisin ndjeshëm shpejtësinë e përgjigjes ndaj nevojave të tregut dhe efikasiteti ekonomik shumë industri.

Kirill Kazmirchuk, Zëvendës Drejtor i Institutit Kërkimor "Teknologjitë e Ndërtimit të Makinerisë", SPbSPU
Vyacheslav Dovbysh, Shef i Laboratorit të derdhjes vakum të metaleve dhe polimereve, Instituti Kërkimor "NAMI"

Fotografitë dhe materialet e siguruara nga autorët

Siç e dini, ka disa metoda të printimit 3D, por të gjitha ato janë derivate të teknologjisë së prodhimit shtesë. Pavarësisht se cilin printer 3D përdorni, ndërtimi i pjesës së punës kryhet duke shtuar lëndë të parë shtresë për shtresë. Përkundër faktit se termi Prodhim Shtues përdoret shumë rrallë nga inxhinierët vendas, teknologjitë e sintezës shtresë pas shtrese në të vërtetë kanë zënë industrinë moderne.

Një ekskursion në prodhimin shtesë të së kaluarës

Prodhimi dixhital ka gjetur aplikimin e tij në mjekësi, astronautikë, prodhim produktet e përfunduara dhe prototipizimi. Megjithëse printimi 3D konsiderohet gjerësisht si një nga zbulimet kryesore të shekullit njëzet e një, në realitet, teknologjitë shtesë u shfaqën disa dekada më parë.

Industria u krijua nga Charles Hull, themeluesi i 3D Systems. Në vitin 1986, inxhinieri mblodhi printerin e parë stereolitografik 3D në botë, duke e bërë teknologjinë dixhitale një hap të madh përpara. Pothuajse në të njëjtën kohë, Scott Crump, i cili më vonë themeloi Stratasys, nisi makinën e parë FDM në botë. Që atëherë, tregu i printimit 3D është rritur me shpejtësi dhe është rimbushur me modele të reja të pajisjeve unike të printimit.

Në fillim, të dy teknologjitë SLA dhe FDM u zhvilluan krah për krah ekskluzivisht në drejtim të prodhim industrial Sidoqoftë, në 1995 një pikë kthese ishte pjekur që i bëri metodat e prodhimit shtesë të disponueshëm në përgjithësi. Studentët e Institutit të Teknologjisë në Massachusetts, Jim Bradt dhe Tim Anderson kanë zbatuar teknologjinë e sintezës shtresë pas shtrese në trupin e një printeri konvencional desktop. Kështu u themelua Korporata Z, e cila është konsideruar prej kohësh lider në fushën e printimit 3D shtëpiak.

Teknologjia e Prodhimit Shtues - Epoka e Inovacionit

Teknologjitë e AF janë të përhapura këto ditë: organizatat kërkimore i përdorin ato për të krijuar materiale dhe pëlhura unike, gjigantët industrialë përdorin printera 3D për të përshpejtuar prototipimin e produkteve të reja, firmat arkitektonike dhe të projektimit kanë gjetur potencial të pafund ndërtimi në printimin 3D, ndërsa dizajni -studiot fjalë për fjalë frymëzuan jete e re në biznesin e projektimit falë makinave shtesë.

Teknologjia më e saktë shtuese është stereolitografia-një metodë e shërimit hap pas hapi me lazer të shtresës për shtresë të një fotopolimeri të lëngshëm. Printerët SLA përdoren kryesisht për prototipizim, makete dhe përbërës të dizajnit me precizion të lartë me një nivel të lartë detajesh.

Sinterizimi selektiv me lazer u shfaq fillimisht si një metodë e përmirësuar për shërimin e fotopolimerit të lëngshëm. Teknologjia SLS lejon përdorimin e materialeve pluhur si bojë. Printerët modernë SLS janë të aftë të trajtojnë argjilën qeramike, pluhur metalik, çimento dhe polimere komplekse.

Industria e shkritores ka prezantuar kohët e fundit makinat PolyJet duke përdorur teknologjinë klasike të AF. Ato janë të pajisura me koka boje me bojë të cilësimit të shpejtë. Sot, printerët InkJet 3D nuk janë të përhapur, por është e mundur që në pak vite, printimi me bojë 3D të bëhet po aq i përhapur sa pajisjet klasike të printimit. ExOne filloi këtë industri me makinën e saj prototipuese S-Max.

Më të lirë janë akoma printerët FDM-pajisje që krijojnë objekte tre-dimensionale nga fije e shkrirë shtresë pas shtrese. Printerat më të zakonshëm të këtij lloji janë makinat që shtypin me fije të shkrirë. Ato mund të pajisen me një ose më shumë koka printimi me një element ngrohje brenda.

Shumica e printerëve shtesë me bazë plastike janë të aftë të prodhojnë vetëm forma me një ngjyrë, por kohët e fundit, makinat që përdorin disa lloje fijesh në të njëjtën kohë janë shfaqur në tregun e printimit 3D. Kjo risi ju lejon të krijoni objekte me ngjyra.

Perspektivat e teknologjisë AF

Për momentin, tregu i printimit 3D është larg nga të ngopurit. Analistët e industrisë pajtohen se ka një të ardhme të ndritur për teknologjitë shtesë. Tashmë sot, qendrat kërkimore që nënvlerësojnë zhvillimet e AF marrin injeksione të mëdha financiare nga kompleksi i mbrojtjes dhe institucionet mjekësore shtetërore, gjë që nuk krijon dyshime për saktësinë e parashikimeve të ekspertëve!

Teknologjia shtesë është një fenomen relativisht i ri, por shumë i popullarizuar. Emri i kësaj teknologjie vjen nga termi anglisht Additive Manufacturing, që fjalë për fjalë do të thotë "prodhim me shtesë". Teknologjia shtesë do të thotë një metodë e prodhimit me shtresë-shtresë të grumbullimit të lëndëve të para.

Shembulli më i famshëm i aplikimit të teknologjive shtesë janë printerët 3D të njohur. Të gjitha llojet e këtyre pajisjeve funksionojnë duke përdorur teknologjinë e sintezës shtresë pas shtrese.

Teknologjitë e prodhimit shtesë kanë bërë një përparim revolucionar në shumë industri - mjekësi, ndërtim, inxhinieri, inxhinieri, dizajn.

Një ekskursion në histori

Teknologjia e printimit 3D konsiderohet zbulimi kryesor i shekullit 21, por historia e këtyre pajisjeve novatore daton në shekullin e 20 -të. Shpikësi i teknologjisë dhe themeluesi i një industrie të re ishte inxhinieri Charles Hull, themeluesi dhe pronari i 3D-Systems.

Në vitin 1986, Charles ndërtoi printerin e parë stereolitografik 3D. Pothuajse në të njëjtën kohë, një inxhinier tjetër, Scott Trump, krijoi makinën FDM të klasit të parë. Këto dy shpikje historike shënuan fillimin e zhvillimit shpërthyes të tregut të printimit 3D.

Faza e re e zhvillimit

Hapi tjetër në evolucionin e printimit 3D ishte futja e teknologjisë së sintezës shtresë pas shtrese në trupin e një printeri 3D konvencional desktop, i cili u krye nga studentët e MIT Tim Anderson dhe Jimmy Bradt. Ata më pas themeluan Z Corporation, një udhëheqës i gjatë i industrisë.

Teknologjitë moderne të shtimit

Në ditët e sotme, teknologjitë shtesë po kalojnë një periudhë të zhvillimit të fuqishëm dhe popullarizimit të përhapur.

Historikisht, teknologjia e parë dhe më e saktë shtesë është stereolitografia. Kjo është një metodë e shërimit në faza të një polimeri duke përdorur një lazer. Kjo teknologji përdoret në prototipimin, në prodhimin e paraqitjeve dhe elementeve të projektimit me një nivel të lartë detajesh.

Sinterimi selektiv me lazer është një metodë novatore e ngurtësimit të fotopolimerit të lëngshëm. Kjo teknologji ju lejon të punoni me çimento, argjilë qeramike, polimere komplekse, pluhur metali.

Më të njohurit në kuptimin e përditshëm janë printerët FDM që rikrijojnë objekte duke shtresuar fije plastike. Më parë, printerët ishin në gjendje të krijonin objekte në një skemë ngjyrash, por tani ka pajisje në treg që përdorin disa lloje të fijeve plastike me ngjyrë.

Qendra për teknologjitë shtesë

Ekziston një kompani e re në tregun rus, e specializuar në përdorimin e teknologjive shtesë. SHA "Qendra për Teknologjitë Shtuese" punon në kryqëzimin e kompetencave të projektimit, inxhinierisë dhe llogaritjes, optimizimin e zgjidhjeve teknike dhe prodhimit.

Kompania ka një flotë të madhe të printerëve 3D në shkallë industriale nga prodhuesit kryesorë në botë: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Drejtimi kryesor i punës së qendrës është bashkëpunimi me ndërmarrjet me qëllim zhvillimin dhe shitjen e produkteve të reja dhe teknologjive unike. Qendra gjithashtu është e specializuar në projektimin dhe prodhimin e printerave dhe skanerëve portativë 3D desktopë. Këto pajisje 3D janë të afta të mishërojnë teknologjitë prototipuese në mjedisin e shtëpisë dhe janë ideale për njohjen e parë me teknologjitë shtesë dhe bazat e printimit 3D.

Teknologji shtesë në inxhinierinë mekanike

Teknologjitë shtesë përdoren në mënyrë aktive në industrinë e automobilave. Ekipi i inxhinierit amerikan Jim Korr, themeluesi i Kor Ecologic, ka punuar në projektin Urbee, prototipi i parë i një makine 3D, për më shumë se 15 vjet. Duhet thënë se vetëm trupi dhe disa detaje janë shtypur në printer - korniza e makinës është metal.

Kjo makinë zhvillon një shpejtësi të ulët të ulët prej 112 kilometrash, por ka tërheqje të ulët për shkak të modelit të trupit dhe është në gjendje të ngasë rreth 65 kilometra në një motor elektrik.

Teknologjia shtesë përdoret gjithashtu në prototipin e kompanisë amerikane Local Motors, e cila po përgatit makinat e saj elektrike për prodhim masiv. Prototipet e kompanisë kanë një dizajn modern, një rezervë të madhe energjie dhe inteligjencë artificiale.

Teknologjitë shtesë: aplikimi

Në botën moderne, teknologjitë shtesë përdoren në shumë industri dhe potencialisht mund të përdoren në secilën prej tyre. Tabloidet botërore trondisin periodikisht lajmet se si një armë, një organ njerëzor, rroba, një shtëpi, një makinë u shtypën në një printer 3D.

Potenciali për zhvillimin e këtyre teknologjive është me të vërtetë i lartë dhe është në gjendje të përshpejtojë zhvillimin e përparimit shkencor dhe teknologjik me një urdhër të madhësisë - laboratorët shkencorë krijojnë materiale dhe pëlhura novatore duke përdorur printera 3D. Përdorimi i teknologjive shtesë në industri i lejon prodhuesit të përshpejtojnë modelimin e modeleve të reja dhe të shkurtojnë rrugën nga ideja në zbatim. Arkitektonike dhe Industria e ndërtimit duke u përpjekur për të përdorur potencialin e teknologjive shtesë 100%. Biznesi i dizajnit po kalon një fazë të re të zhvillimit falë prodhimit shtesë.

Perspektivat për zhvillimin e industrisë janë jashtëzakonisht të favorshme. Analistët financiarë parashikojnë rritje shpërthyese për tregun e printimeve 3D. Qendrat e R&D që janë të angazhuara në zhvillimin e shtesave financohen nga kompleksi i mbrojtjes dhe institucionet shtetërore mjekësore

Ndër teknologjitë që shfaqen vazhdimisht në jetën e njeriut për shkak të arritjeve të përparimit shkencor, ka ato që quhen "shtesë". Ky përkufizim vjen nga fjala e huazuar "shtesë", ose, më saktë, nga fraza angleze "prodhim shtesë" (shkurtuar - AF), e cila fjalë për fjalë përkthehet si "prodhim i shtuar". Pra, çfarë është ajo dhe si mund të jetë e dobishme kjo lloj teknologjie për shoqërinë sot?

Thelbi

Teknologjitë shtesë janë një degë e industrisë dixhitale dhe janë një metodë e prodhimit të produkteve dhe produkteve të ndryshme, në të cilat shtresat e një objekti ndërtohen përmes përdorimit të pajisjeve kompjuterike për printim 3D. Çfarë lloj materiali mbushin ata? Zakonisht këto janë pluhurat e dyllit, metaleve dhe gipsit, polistiren (një polimer pa ngjyrë dhe qelqi që i ngjan plastikës), poliamide (plastikë), fotopolimere të lëngëta (copa të ngurtësuara nga ekspozimi ndaj rrezeve të dritës, më shpesh rrezet ultravjollcë), etj.

Shfaqja: si ishte

Historia e pajisjeve shtuese filloi në 1986, kur një përfaqësues i Produkteve Ultraviolet të quajtur Charles Hull (tani Zëvendës President Ekzekutiv dhe Zyrtar Ekzekutiv) Drejtor teknik organizata e vet "3D Systems") projektoi printerin e parë stereolitografik në botë për shtypjen tre-dimensionale. Mekanizmi u krijua kryesisht për të siguruar furnizime në kohë për kompleksin e mbrojtjes amerikane. Hull tërhoqi vëmendjen për faktin se kërkon shumë kohë dhe përpjekje për të krijuar pjesë individuale dhe pastaj për t'i mbledhur ato. Prandaj, ai vendosi jo vetëm të drejtohej në ndihmën e rrezatimit ultravjollcë, por edhe të zbatonte planet e tij sa më racionalisht të ishte e mundur. Pra, burri së pari vendosi disa mijëra shtresa plastike njëra mbi tjetrën, dhe vetëm atëherë i fiksoi ato me një trajtim ultravjollcë.

Më vonë, Charles u largua nga kompania e falimentuar UVP, por nuk donte të ndalonte zhvillimin e krijimit të tij - ai patentoi një shpikje teknike në 1983 dhe personalisht themeloi kompaninë, e cila më pas u rrit në shkallën e një korporate të vërtetë. Sot "3D Systems" është një nga lojtarët kryesorë në tregun e printerëve, produkteve dhe softuerëve për krijimin e produkteve volumetrike.

Zhvillimi i mëvonshëm i teknologjive shtesë u mor falë studentëve të tjerë nga Instituti i Teknologjisë në Masaçusets. Në 1993, Jim Bradt dhe Tim Anderson vendosën të plotësojnë cilësisht zhvillimet ekzistuese me idetë e tyre, dhe për këtë arsye morën dhe modifikuan një printer konvencional 2D në një pajisje për printim 3D. Në pajisjen e modernizuar, nuk u përdorën fletë letre, por një përbërje e veçantë e lëngshme e ngjashme me ngjitësin, e cila u spërkat mbi shtresa të holla të mbushësit kryesor (polimer, metal ose pluhur gipsi) dhe u ngurtësua. Bradt dhe Anderson i dhanë AF famë mbarëbotërore, sepse i bënë ato më të njohura dhe të gjithanshme. Në 1995, miqtë organizuan organizatën e tyre "Z Corporation", suksesi i së cilës nuk kaloi pa u vënë re nga "3D Systems" - në 2012 ajo fitoi një kompani më të vogël, por jo më pak premtuese, dhe projektet e tyre kryesore filluan të botohen nën një logo e zakonshme.

Qëllimi dhe zbatimi

E gjithë kjo nënkuptonte vetëm një gjë - hyrjen në një epokë të re, një ndryshim cilësor në shumë fusha prodhimi dhe thjeshtim proceset organizative! Për shembull, në industrinë e automobilave, faza e prototipimit është përshpejtuar ndjeshëm, sepse pothuajse të gjithë përbërësit, qofshin ata motorë të fuqishëm ose butona dhe leva të zakonshme, filluan të krijohen me përdorimin e plotë ose të pjesshëm të teknologjisë së printimit 3D.

Për më tepër, kompanitë filluan të kursejnë ndjeshëm, sepse tani prodhimi:

nuk kërkonte më një larmi të tillë mjetesh si më parë;
mund të kryhet nën mbikëqyrjen e një numri më të vogël të punonjësve. Në fakt, 1-2 inxhinierë janë të mjaftueshëm për krijimin e saktë të një pjese. Gjëja kryesore që kërkohet prej tyre është njohuri e plotë dhe gjithëpërfshirëse e inxhinierisë dhe projektimit. strukturat teknike, si dhe të kuptuarit e veçorive të punës me cilësimet e AF.

Printera të ngjashëm përdoren në mënyrë aktive ... në mjekësi! Mund të duket e pamundur, por edhe në fazën e tanishme, produktet tre-dimensionale përdoren si elementë zëvendësues dhe rindërtues, për shembull, kur bëhet fjalë për kirurgjinë nofullës. Në Mars 2018, një klinikë u hap në Mançester e specializuar në prodhimin e shufrave, protezave dhe pllakave në printera 3D që janë të mbushura me përzierje plastike ose metali. Edhe pse i kushtoi spitalit 42,000 dollarë vetëm për të instaluar PolyJet, menaxhmenti vlerëson se investimi në laboratorin e tij të printimit 3D do të paguhet më shpejt sesa të kthehesh vazhdimisht tek ndërmjetësit. Stafi i klinikës parashikon që në 5 vjet qendra të tilla do të bëhen të detyrueshme në institucionet mjekësore dhe rehabilituese, veçanërisht nëse merren me sëmundje onkologjike, ortopedike, neurologjike dhe reumatologjike.

Fakt interesant! AF përdoret gjithashtu për prodhimin e gjymtyrëve artificiale.

Programi pilot, i cili filloi në 2017 në kryeqytetin jordanez, jo vetëm që vazhdon të marrë vrull, por po tregon rezultate pozitive. Në Aman, trajtimi po kryhet për njerëzit që ikin nga armiqësitë në Siri, Jemen dhe Irak. Pra, tashmë 5 vullnetarë kanë fituar proteza "të shtypura", të cilat, së pari, i kushtojnë shumë më lirë se ato të zakonshme (rreth 20 dollarë kundrejt qindra dollarëve), dhe, së dyti, janë bërë duke marrë parasysh karakteristikat individuale dhe parametrat e trupit.

Teknologjitë shtesë po pushtojnë edhe fusha të tjera: arkitekturën, ndërtimin e avionëve, prodhimin e pajisjeve sportive dhe mallrave për fëmijë ... Gama e aplikimit të tyre po zgjerohet, dhe fuqi punëtore dhe rritja e pagës.

Më shumë rreth disa llojeve të AT

Nuk do të jetë e tepërt të përmendet se si ndodh krijimi i një produkti voluminoz në secilin rast specifik. Metodat më të njohura në prodhimin e aditivëve janë:

Modelimi i depozitimit të shkrirë, FDM-modelimi sipas depozitimit shtresë pas shtrese. Objekti është ndërtuar sipas përcaktimit në softuer modeli dixhital matematikor nga një fije plastike e veçantë (vija e peshkimit), e cila shkrihet në një temperaturë të caktuar, dhe për këtë arsye bëhet mjaft fleksibël për të marrë formën e dëshiruar. Strukturat ndihmëse hiqen me dorë ose duke u tretur në një lëng të veçantë, dhe produkti i përfunduar ose lihet në një formë të shtypur ose pas përpunimit (pikturë, lustrim, bluarje, ngjitje, etj.). Pjesët e prodhuara janë gjithmonë të ndryshme karakteristika të mira, të tilla si rezistenca ndaj konsumit dhe rezistenca ndaj nxehtësisë.

ColorJetPrinting, CJP. Thelbi i kësaj teknologjie të përparuar qëndron në përdorimin e një pluhuri të përbërë të bazuar në gips dhe plastikë, i cili jo vetëm që i nënshtrohet ngjitjes shtresë pas shtrese, por edhe ngjyroset më së shumti ngjyra te ndryshme paleta CMYK, duke përfshirë deri në 390,000 hije! Deri më tani, vetëm CJP siguron printim me ngjyra. Përveç kësaj, kjo AT gjithashtu bën të mundur riprodhimin e teksteve të ndryshme në sipërfaqen e produkteve në definicion i lartë... Megjithë forcën mesatare dhe vrazhdësinë e lehtë të produkteve përfundimtare, ColorJetPrinting, e karakterizuar nga një çmim me kosto të ulët, përdoret në mënyrë aktive për të krijuar modele arkitektonike, figura miniaturë të njerëzve, mostra prezantimi dhe objekte të tjera vizuale.

SelectiveLaserStering, SLS - sinterizimi selektiv me lazer. Këtu materialet pluhur (plastika dhe poliamidet) sinterizohen me një rreze lazer. Kjo metodë është njëkohësisht e përshtatshme për produkte të mëdha industriale, dhe për objekte me gjeometri komplekse dhe strukturë të detajuar, dhe për tufa që prodhohen në 1 sesion printimi. Teknologjia SLS shpesh ngatërrohet me SelectiveLaserMelting, ose SLM. Dallimi midis tyre është se në rastin e parë, bashkimi është i pjesshëm dhe ndodh vetëm në sipërfaqen e grimcave, ndërsa në të dytën, rezultati është prodhimi i një monoliti të ngurtë.

Konferencat në Rusi

Tregu kombëtar AT në Rusi është ende i pazhvilluar. Potenciali i sferës nuk zbulohet për shkak të mungesës së personelit, mungesës së materialit dhe pajisjeve dhe mungesës së një programi të duhur të mbështetjes shtetërore.

Sidoqoftë, disa institucione po përpiqen më vete të promovojnë njohjen e shoqërisë ruse me arritjet e përparuara të AF. Një nga këto organizata është Instituti Kërkimor Gjith-Rus i Materialeve të Aviacionit (VIAM), përfaqësuesit e të cilit organizojnë çdo vit konferenca tematike mbi teknologjitë shtesë. Shkencëtarët vendas dhe të huaj dhe punëtorët industrialë të cilët janë të interesuar të zëvendësojnë format tradicionale të prodhimit me metoda novatore bëjnë raportet e tyre. Këtë vit, ngjarja, e cila u zhvillua më 30 mars, u bë e 4 -ta me radhë. Pjesëmarrësit që paraqitën aplikimet paraprake ishin në gjendje të merrnin pjesë në konferencën, e cila u mbajt nën sloganin "E tashmja dhe e Ardhmja".

Teknologjitë shtesë përdoren në mënyrë aktive në inxhinierinë e energjisë, prodhimin e instrumenteve, industrinë e aviacionit, industrinë e hapësirës, ku ka një kërkesë të lartë për produkte të gjeometrisë komplekse.Shumë kompani në Rusi tashmë janë njohur me teknologjitë shtesë. Ne sjellim në vëmendjen tuaj material nga almanaku Menaxhimi i Prodhimit, i cili përshkruan disa shembuj të zbatimit efektiv të printimit 3D.

Teknologjitë shtesë kanë hapur mundësinë e prodhimit të pjesëve të çdo kompleksiteti dhe gjeometrie pa kufizime teknologjike. Gjeometria e pjesëve mund të ndryshohet në fazën e projektimit dhe testimit.

Përgatitja e skedarëve për printim kryhet në kompjuterë me softuer standard; skedarët STL pranohen për punë. Isshtë një format i ruajtjes së objekteve 3D të përdorura gjerësisht për printerët stereolitografik 3D sot. Investimet në projekt arritën në rreth 60 milion rubla.

Alexander Zdanevich, Drejtor i TI -së i NPK United Wagon Company: "Teknologjitë e shtypjes shtesë po përparojnë, dhe, ka shumë të ngjarë, në të ardhmen e afërt ato do të ndryshojnë fytyrën e një numri të industrive. Kjo vlen kryesisht për ndërmarrjet që prodhojnë mallra copë për një porosi të caktuar. Me prodhimin masiv, situata është më e ndërlikuar, megjithëse lloje të ndryshme të printerëve 3D tashmë janë duke u përdorur në këtë fushë.

Ka shumë teknologji të sintezës në masë. Një nga më premtuesit për zbatimin industrial është. Procesi mund të ndahet në dy faza. Në fillim, një shtresë ndërtimi formohet në formën e një fotopolimeri të lëngshëm të shpërndarë në mënyrë të barabartë në sipërfaqen e platformës së punës. Pastaj, pjesët e kësaj shtrese shërohen në mënyrë selektive në përputhje me pjesën aktuale të modelit 3D të ndërtuar në kompjuter.

Zbatohet në inxhinierinë hekurudhore kjo teknologji mund të përdoret në fazën e përgatitjes së shkritores, në veçanti, në prodhimin e një grupi pajisjesh shkritore. I njëjti grup mjetesh, unik për çdo derdhje, përdoret për mijëra cikle prodhimi të formave përkatëse të hedhjes.

Cilësia e produktit përfundimtar varet drejtpërdrejt nga saktësia e të gjithë parametrave të ofruar nga projektuesit gjatë prodhimit të grupit të veglave. Metoda tradicionale për të bërë një grup mjetesh me përpunimin mekanik të materialeve (metali, plastika, ndonjëherë druri) është shumë e mundimshme dhe kërkon kohë (ndonjëherë zgjat deri në disa muaj), dhe është e ndjeshme ndaj gabimeve.

Komponentë dhe kuvende të tjera mund të integrohen në modelet e "shtypura". Shtypja 3D paguhet plotësisht për shkak të shpejtësisë së lartë të prototipimit, si dhe për shkak të "ripunimit në tryezë" pikërisht në WGC, i cili kursen shumë kohë dhe para, në vend që të bëjë mostra në shkallë të plotë në "pajisje" në prodhimi.

Puna domethënëse në përparimin e teknologjive shtesë kryhet nga Korporata Shtetërore "Rosatom"... Menaxhmenti është i bindur se së shpejti korporata shtetërore do të ketë të gjithë përbërësit e "prodhimit dixhital" - nga zhvillimi i materialeve, pajisjeve, teknologjive deri në prodhimin e produkteve. Industria po zbaton një program mbi teknologjitë shtesë, ai përbëhet nga nënseksione: teknologji, lëndë të para, pajisje, standardizim. Tre institute janë të angazhuara në zhvillimin e teknologjive për prodhimin e pluhurave metalikë për printim 3D në Rosatom: Giredmet, VNIIKhT, VNIINM. Në të njëjtën kohë, po punohet për krijimin prototip Printer 3D për printim 3D të metaleve dhe produkteve të përbëra. Rosatom planifikon të paraqesë një mostër deri në fund të vitit 2017.

Shtypja 3D paguhet plotësisht për shkak të shpejtësisë së lartë të prototipimit, si dhe për shkak të "ripunimit në tryezë" pikërisht në WGC, i cili kursen shumë kohë dhe para, në vend që të bëjë mostra në shkallë të plotë në "pajisje" në prodhimi.

"Deri në fillim të vitit 2018, ne duhet të mbyllim të gjithë ciklin e teknologjive shtesë në Rosatom. Na duhet një vit tjetër për të lansuar mostrën tonë pilot të instalimit, dhe gati e njëjta gjë - për të arritur një marrëveshje me të gjitha palët që sigurojnë përbërësin rregullator të përdorur, "tha Alexey Dub.

Në strukturën e Rosatom, teknologjitë shtesë janë duke u zhvilluar në kompaninë e karburantit TVEL, e cila bashkëpunon në mënyrë aktive me qendrën inxhinierike rajonale të krijuar në UrFU, duke punuar në krijimin e një printeri rus 3D. Metalurgjia e pluhurit nuk është një risi për Kombinatin Elektrokimik Ural dhe ndërmarrjet e tij. Për shembull, në uzinën e konvertuesve elektrokimikë, pluhurat u përdorën në prodhimin e filtrave për shpërndarjen e gazit të uraniumit gjatë ndarjes së izotopit, si dhe për saldimet dhe spërkatjen sipërfaqësore.

Në qendrën shkencore dhe arsimore "Teknologjitë moderne të prodhimit" të Universitetit Politeknik Tomsk

Një nga pionierët në fushën e printerëve lazer është Qendra Shkencore dhe Edukative "Teknologjitë Moderne të Prodhimit" Universiteti Politeknik Tomsk... Shtë i pajisur me një printer të bashkimit të rrezeve elektronike (rreze elektronike), printer lazer, printera që shtypin me kompozitë të përforcuar, si dhe një tomograf tejzanor, i cili kryen testime jo destruktive të produkteve të gatshme këtu, "në makinë". Specialistët e qendrës prodhojnë pajisje AM, zhvillojnë softuer për to dhe synojnë të lëvizin përtej "laboratorit".

I gjithë cikli i prodhimit është ngritur në Qendrën e Teknologjive Shtuese TPU - nga ideja në zbatimin e produktit të përfunduar. Shtë e mundur të prodhohen dhe testohen pjesë për lëkurën e anijes, implantet për kirurgji kraniofaciale, produkte me formë komplekse për dhe shumë më tepër, si dhe të krijohen instalime të reja dixhitale, për shembull, për printimin e instrumenteve në ISS. "Me ndihmën e teknologjive tona unike, ne mund të krijojmë produkte zëvendësuese të importit që janë disa herë më të lira se homologët e importuar, ndërsa cilësia nuk është më e keqe," tha drejtori i qendrës Vasily Fedorov.

Zhvillimi i teknologjive shtesë gjithashtu ka kufizime.

Së pari, kostoja e lartë e teknologjisë (pajisjet dhe materiali), megjithatë, në procesin e zhvillimit të teknologjisë, çmimi gradualisht po ulet.
Së dyti, ka një mungesë të personelit të kualifikuar që e njeh teknologjinë.
Së treti, zhvillimi i pamjaftueshëm, mungesa e mbështetjes metrologjike ngre shqetësime në prodhimin e pjesëve me rëndësi të madhe.
Proceset AM (Prodhim Shtues) nuk janë integruar ende në teknologjinë e prodhimit të produkteve."Isshtë e qartë se çdo projektues përgjegjës nuk do të vendosë një pjesë në një produkt të përgjegjshëm pa e ditur sa kohë do të zgjasë," komentoi Alexey Dub.
Një detyrë e rëndësishme është nevoja për të zhvilluar një sistem për certifikimin dhe standardizimin e produkteve shtesë, proceseve teknologjike, pluhurave dhe përbërjeve. Për të adresuar këto çështje, Rosstandart u formua komiteti teknik, e cila po punon në krijimin e dokumentacionit rregullator në fushën e teknologjive shtesë.

Shtypja 3D po fillon të përhapet në të gjithë botën dhe Rusia nuk duhet të mbetet prapa në këtë fushë. Përdorimi i këtyre teknologjive ju lejon të zvogëloni koston e produktit, të përshpejtoni modelimin dhe prodhimin e tij.
- Shef i Ministrisë së Industrisë dhe Tregtisë Denis Manturov

Përfundim

Popullariteti po rritet vazhdimisht. Megjithëse vëllimi i përgjithshëm i tregut botëror është relativisht i vogël (rreth 6 miliardë dollarë), normat vjetore të rritjes nuk mund të bëjnë përshtypje - mesatarisht, 20-30%. Sidoqoftë, ende nuk ka një unanimitet në vlerësimin e rolit të teknologjive shtesë në industri: disa thonë se futja e metodave të printimit 3D do të çojë në rënien e industrisë në kuptimin tradicional, të tjerët - se printerët tre -dimensionale do të bëhen vetëm një të elementeve të skemave të prodhimit. Por pavarësisht nga të gjitha mosmarrëveshjet ekzistuese, premtimi i madh i teknologjive shtesë në industri nuk mund të mohohet.

Rritja e drejtpërdrejtë e produkteve me gjeometri komplekse dhe nga materiale specifike rezulton të jetë shumë fitimprurëse nga pikëpamja ekonomike. Kursen material, kohë dhe zvogëlon rrezikun e gabimeve. Printerat 3D kanë pushuar së qeni një "lodër e shtrenjtë"; sot ata zënë një vend të plotë midis teknologjive kryesore