Адаптивні технології в промисловості. Аддитивное виробництво (АП) Additive Manufacturing (AM). Адитивні технології в освіті

Роздрукувати

Деталі & Матеріали

Адитивні технології в російській промисловості

AF-технології - ефективне ланка сучасного виробництва

Адитивні технології (AF - Additive Manufacturing), або технології пошарового синтезу, сьогодні одне з найбільш динамічно розвиваються напрямків "цифрового" виробництва. Вони дозволяють на порядок прискорити НДДКР і рішення задач підготовки виробництва, а в ряді випадків вже активно застосовуються і для виробництва готової продукції.

В недалекому минулому, років 10-15 тому, адитивні технології використовувалися переважно в традиційно технологічно просунутих галузях - автомобільної, авіаційної та аерокосмічної промисловості, а також в приладобудуванні і медицині, де тандем "час - гроші" завжди мав особливе значення.

В епоху інноваційної економіки час, витрачений на виробництво товару, є найважливішим факторомуспіху чи неуспіху бізнесу. Навіть якісно вироблений товар може виявитися незатребуваним, якщо ринок до моменту виходу нової продукції вже насичений подібними товарами компаній-конкурентів. Тому все більше напрямків промисловості активно освоюють AF-технології. Все частіше їх використовують науково-дослідні організації, архітектурні та конструкторські бюро, дизайн-студії і просто приватні особи для творчості або в якості хобі. У багатьох коледжах і університетах адитивні машини, або, як їх часто називають, 3D-принтери є невід'ємною частиною навчального процесу для професійного навчання інженерних спеціальностей.

Існує безліч технологій, які можна назвати аддитивними, об'єднує їх одне: побудова моделі відбувається шляхом додавання матеріалу (від англ. Аdd - "додавати") на відміну від традиційних технологій, де створення деталі відбувається шляхом видалення "зайвого" матеріалу.

Класичною і найбільш точною технологією є SLA-технологія (від Stereolithography Apparatus), або стереолітографія, - пошарове затвердіння рідкого фотополімеру лазером.

Існує багато видів фотополімерних композицій, тому спектр застосування прототипів, отриманих за SLA-технології, дуже широкий: макети та масштабні моделі для аеро- і гідродинамічних випробувань, ливарні і майстер-моделі, дизайн-моделі і прототипи, функціональні моделі і т. Д.

Селективне лазерне спікання - SLS-технологія (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) - ще один важливий напрямок адитивних технологій.

Тут будівельним (модельним) матеріалом є сипучі, порошкоподібні матеріали, а лазер є не джерелом світла, як в SLA-машинах, а джерелом тепла, за допомогою якого проводиться сплавом частинок порошку. Як модельні матеріалів використовується велика кількість як полімерних, так і металевих порошків.

Порошкоподібний поліамід застосовується в основному для функціонального моделювання, макетування та виготовлення контрольних збірок. Полістирол використовується для виготовлення ливарних випалюваних моделей.

Окремим напрямком є ​​пошарове лазерне спікання (сплав) металлопорошкових композицій. Розвиток цього напрямку AF-технологій стимулювало і розвиток технологій одержання порошків металів. На сьогоднішній день номенклатура металевих композицій має широкий спектр матеріалів на основі Ni і Co (CoCrMO, Inconel, NiCrMo), на основі Fe (інструментальні стали: 18Ni300, H13; нержавіюча сталь: 316L), на основі Ti (Ti6-4, CpTigr1) , на основі Al (AlSi10Mg, AlSi12). Виробляються порошки бронз, спеціальних сплавів, а також дорогоцінних металів - головним чином для потреб дентальної медицини.

З металевих порошків "вирощують" заготовки прес-форм, спеціальні інструменти, оригінальні деталі складної конфігурації, які важко або неможливо отримати литтям або механічною, імпланти і ендопротези і багато іншого. Вже зараз при штучному і дрібносерійного виробництва найчастіше стає економічно вигідним "виростити" невелику партію деталей на SLS-машині, ніж виготовляти ливарну або штампову оснащення. У поєднанні з HIP (Hot Isostatic Pressing - гаряче ізостатичне пресування) і відповідної термообробкою такі деталі не тільки не поступаються литим або кованим виробам, але і перевершують їх по міцності на 20-30%.

Дуже широкі перспективи відкриваються для ще однієї адитивної технології - технології "струменевого друку" - InkJet- або PolyJet-технології. Ця технологія передбачає нанесення модельного матеріалу або сполучного складу за допомогою струменевих головок. Особливий інтерес InkJet-технології представляють для ливарного справи.

Вони дозволяють "вирощувати" безпосередньо ливарні форми, т. Е. "Негатив" деталі, і виключити стадії виготовлення формувальної оснастки - майстер-моделі і ливарної моделі. Компанія ExOne (і її дочірнє підприємство ProMetal GmbH) випускає машини типу S-Max, які позиціонуються не як "прототіпірующіе машини", а як цілком "рядова" технологічне індустріальне устаткування, яке встановлюється в загальному технологічному ланцюзі виробництва не тільки дослідної, але і серійної продукції . Практично всі автомобільні компанії світу обзавелися такими машинами. Воно і зрозуміло - з їх допомогою стало можливим не в рази, а на порядок скоротити час проходження НДДКР по критично важливим для автобудівників позиціях - ливарним деталей: блоки і голівки циліндрів двигунів, мости і коробки передач, деталей, на виготовлення яких в традиційному дослідному виробництві витрачалися місяці, а з урахуванням експериментальної доведення і підготовки виробництва - кілька місяців. Тепер конструктор може побачити свій новий двигун на випробувальному стенді НЕ через півроку, а через два тижні після завершення технічного проекту.

Сьогодні в Росії існує безліч компаній, що надають послуги з прототіпірованію, проте в основному це невеликі підприємства, Що володіють одним-двома недорогими 3D-принтерами, здатними вирощувати нескладні деталі. Пов'язано це з тим, що високотехнологічне обладнання, здатне забезпечити висока якістьвиробів, коштує дорого і вимагає для роботи і обслуговування кваліфікованого, спеціально навченого персоналу. Далеко не кожна компанія може собі це дозволити, адже для покупки необхідно чітко розуміти, яким чином і наскільки ефективно це обладнання буде використовуватися, чи буде воно завантажене роботою. Слабкістю таких компаній є відсутність комплексності вирішення завдань. У кращому випадку справа обмежується наданням досить простий послуги - виготовленням прототипу або моделі тим чи іншим способом. Тоді як AF-технології - це не тільки і не стільки 3D-принтер, але важлива частина 3D-середовища, в якій відбувається народження нового продукту - від задуму конструктора до матеріалізації його ідей в серійному виробництві. Середовище, в якому новий продуктстворюється, "живе", експлуатується, ремонтується аж до завершення " життєвого циклу"Цього продукту.

Тому для повноцінного використання AF-технологій потрібно створити цю середу: освоїти 3D-проектування і моделювання, CAE- і САМ-технології, технології оцифровки і рєїнженірінга, супутні технології, включаючи і цілком традиційні, але переформатувати під 3D-середу. Причому освоїти не в окремо взятому університеті або великої заводі - такі є промисловістю в цілому на всіх рівнях - цього немає навіть в окремо взятій, наприклад, авіаційної або автомобільної промисловості. Тоді і AF-технології будуть виглядати не екзотичними стравами, а цілком природним і ефективним ланкою загальної 3D-середовища створення, виробництва і життєвого циклу вироби.

Існують на ринку і великі компанії, що володіють обладнанням високого рівня, які, як правило, вирішують досить складні виробничі завдання і роблять більш широкий спектр корисних послуг, супутніх прототіпірованію, здатних від початку до кінця провести НДДКР і проконтролювати якість робіт на кожному етапі. До таких підприємств можна віднести ФГУП "НАМИ", АБ "Універсал", НВО "Салют", ВАТ "НИАТ" (Москва), УМПО (Уфа), НДІ "Машинобудівні технології", (СПбДПУ), ВАТ "Тушинський машинобудівний завод" і ряд інших. Однак такий комплексний підхід під силу далеко не кожному підприємству, особливо в умовах байдужою позиції з боку держави.

В цілому ситуація з впровадженням AF-технологій в російську промисловість залишається вкрай неблагополучною. Вчені, інженери і технологи не знайшли потрібних слів, щоб привернути увагу держави до небезпечного відставання в абсолютно необхідною для вітчизняної промисловості інноваційній сфері. Чи не знайшли аргументів, щоб переконати владу в необхідності розробки національної програми розвитку адитивних технологій, створення вітчизняної індустрії AF-машин. Росія практично не бере участі в міжнародних організаціях, які суттєво впливають на розвиток AF-технологій в світі.

Ключовими проблемами при впровадженні AF-технологій в першу чергу є кадри, які, як відомо, вирішують все; власне 3D-машини, висококласне AF-обладнання, яке неможливо придбати і неможливо створити без цільової підтримки з боку уряду в тій чи іншій формі (що, до речі, і робиться за кордоном в переважній більшості випадків); матеріали - окрема і складна проблема міждисциплінарного характеру, рішення якої знову-таки цілком і повністю залежить від якості управління процесом з боку держави. Це непідйомні для окремої галузі завдання. Це проблема, яка може бути вирішена тільки за умови цілеспрямованого взаємодії вищої школи, академічної та галузевої науки.

Прекрасним прикладом "ринкового втручання" держави у вирішення складних технологічних завдань є ливарний завод ACTech, побудований у Фрайбурзі (недалеко від Дрездена) в кінці 90-х років в період ренесансу Східних територій. Завод зовсім невеликий за нашими мірками - всього 6500 кв. метрів загальної площі, побудований з голочки, в чистому полі і був оснащений самим передовим технологічним обладнанням, Головною фішкою якого були AF-машини для вирощування піщаних форм (від компанії EOS, Мюнхен). Це був, мабуть, перший приклад комплексного підходу- завод був оснащений сучасним обладнаннямдля реальної роботи в 3D-середовищі: AF-машини, вимірювальна техніка, ЧПУ-верстати, плавильне, ливарне і термічне встаткування. В даний час там працюють близько 230 чол., 80% яких - ІТП і менеджмент. Тепер це один з найвідоміших заводів зі світовим ім'ям, клієнтами якого є практично всі провідні автомобільні компанії Німеччини, багато європейських і американських авіаційні фірми. На завод досить передати 3D-файл майбутнього виробу і описати задачу: матеріал, кількість, бажані терміни виготовлення і що ви хочете отримати - виливок або повністю оброблену деталь, від цього залежать терміни виконання замовлення - від 7 днів до 8 тижнів. Примітно, що близько 20% замовлень - це поодинокі деталі, близько 40% становлять замовлення на 2-5 деталей. Майже половина виливків - чавун; приблизно третина - алюміній; інше - сталь та інші метали. Фахівці заводу активно співпрацюють з фірмами - виробниками AF-обладнання, ведуть спільні НДР з університетами, завод є і успішним комерційним підприємством, І полігоном для відпрацювання нових технологічних процесів.

Життєвий цикл нового вироби.
Робота проведена для ЗАТ НВО "Турботехніка"

Ринок адитивних технологій в Росії розвивається, але відбувається це дуже повільно, оскільки, щоб вивести ці технології на належний рівень, необхідна підтримка держави. При належній увазі до впровадження AF-технологій вони можуть значно підвищити швидкість реагування на потреби ринку і економічну ефективністьбагатьох галузей промисловості.

Кирило Казмірчук, заступник директора НДІ "Машинобудівні технології", СПбДПУ
В'ячеслав Довбиш, завідувач лабораторією вакуумного лиття металів і полімерів НДІ "НАМИ"

Фотографії та матеріали надані авторами

Як відомо, існує кілька методів 3D друку, проте всі вони є похідними адитивної технології виробництва виробів. Незалежно від того, який 3D принтер ви використовуєте, побудова заготовки здійснюється шляхом пошарового додавання сировини. Незважаючи на те, що термін Additive Manufacturing використовується вітчизняними інженерами дуже рідко, технології пошарового синтезу фактично окупували сучасну промисловість.

Екскурс в минуле Additive Manufacturing

Цифрове виробництво знайшло своє застосування в медицині, космонавтиці, виробництві готової продукціїі прототіпірованії. Хоча 3D друк прийнято вважати одним з головних відкриттів двадцять першого століття, в дійсності адитивні технології з'явилися на кілька десятиліть раніше.

Родоначальником галузі став Чарльз Халл, засновник компанії 3D Systems. У 1986 році інженер зібрав перший в світі Стереолітографіческая 3D-принтер, завдяки чому цифрові технології зробили величезний ривок вперед. Приблизно в той же час Скотт Крамп, пізніше заснував компанію Stratasys, випустив перший в світі FDМ-апарат. З тих пір, ринок тривимірного друку став стрімко зростати і поповнюватися новими моделями унікального друкарського обладнання.

Перший час обидві технології SLA і FDM розвивалися пліч-о-пліч виключно в напрямку промислового виробництва, Проте в 1995 році назріло перелом, який зробив адитивні методи виготовлення продукції загальнодоступними. Студенти Массачусетського технологічного інституту, Джим Бредт і Тім Андерсон, впровадили технологію пошарового синтезу матеріалу в корпус звичайного настільного принтера. Саме так була заснована компанія Z Corporation, що довгий час вважалася лідером в сфері побутової друку об'ємних фігур.

Технологія адитивного виробництва - Епоха інновацій

В наші дні AF-технології використовуються повсюдно: науково-дослідні організації з їх допомогою створюють унікальні матеріали і тканини, промислові гіганти використовують 3D принтери для прискорення прототипування нової продукції, архітектурні та конструкторські бюро знайшли в 3D друку нескінченний будівельний потенціал, в той час як дизайн -студії буквально вдихнули нове життяв дизайнерський бізнес завдяки аддитивним машинам.

Найбільш точною адитивної технологією вважається стереолітографія - методом поетапного пошарового затвердіння рідкого фотополімеру лазером. SLA принтери використовуються переважно для виготовлення прототипів, макетів і дизайнерських компонентів підвищеної точності з високим рівнем деталізації.

Селективне лазерне спікання спочатку з'явилося, як вдосконалений метод затвердіння рідкого фотополімеру. SLS-технологія дозволяє в якості чорнила використовувати порошкоподібні матеріали. Сучасні SLS-принтери здатні працювати з керамічної глиною, металевим порошком, цементом і складними полімерами.

У ливарній галузі недавно з'явилися PolyJet-апарати, що працюють за класичною AF-технології. Вони обладнані струминними друкованими головками, заправленими швидко-застигає матеріалом. На сьогоднішній день InkJet 3D принтери нешироко поширені, однак не виключено, що вже через кілька років тривимірна струменевий друк стане настільки ж поширена, як і класичні друковані пристрої. Першопрохідцем в цій галузі стала компанія ExOne з її прототіпірующей машиною S-Max.

Найдешевшими і раніше залишаються FDM-принтери - пристрої, що створюють тривимірні об'єкти шляхом пошарового наплавления філамента. Найбільш поширеними принтерами даного типу залишаються апарати, які друкують розплавленої пластикової ниткою. Вони можуть оснащуватися однією або декількома друкованими головками, всередині яких знаходиться нагрівальний елемент.

Більшість адитивних принтерів, що друкують пластиком, здатні створювати тільки одноколірні фігури, проте останнім часом на ринку тривимірного друку з'явилися машини, що використовують одночасно кілька видів філамента. Дане нововведення дозволяє створити кольорові об'єкти.

Перспективи AF-технології

На даний момент ринок тривимірного друку далекий від перенасичення. Аналітики галузі сходяться на думці, що адитивні технології чекає райдужне майбутнє. Уже сьогодні науково-дослідні центри, занижують AF-розробками, отримують величезні фінансові вливання від оборонного комплексуі медичних державних інститутів, що не дає засумніватися в точності експертних прогнозів!

Аддитивна технологія - порівняно молоде, але дуже популярне явище. Назва цієї технології походить від англомовного терміна Additive Manufacturing, що в буквальному перекладі означає "виробництво через додавання". Аддитивна технологія означає метод виготовлення шляхом пошарового нарощування сировини.

Найвідоміший приклад застосування адитивних технологій - популярні 3D-принтери. Всі види даних пристроїв працюють за технологією пошарового синтезу.

Адитивні технології виробництва зробили революційний прорив у багатьох галузях - медичної, будівельної, конструкторської, машинобудівної, дизайнерської.

Екскурс в історію

Технології 3D-друку вважають головним відкриттям XXI століття, але історія цих інноваційних пристроїв почалася ще в XX столітті. Винахідником технології і засновником нової галузі став інженер Чарльз Халл, засновник і власник компанії 3D-Systems.

У 1986 році Чарльз зібрав перший в історії Стереолітографіческая 3D-принтер. Приблизно в той же період інший інженер - Скотт Трамп - створив перший в своєму класі FDM-апарат. Два цих знакових винаходи поклали початок стрімкого розвитку ринку тривимірного друку.

Новий етап розвитку

Наступним кроком в еволюції 3D-друку стало впровадження технології пошарового синтезу в корпус звичайного настільного 3D-принтера, яке здійснили студенти Массачусетського технологічного університету Тім Андерсон і Джиммі Бредт. Згодом ними була заснована компанія Z Corporation, довгий час залишалася лідером галузі.

Сучасні адитивні технології

Зараз адитивні технології переживають період найпотужнішого розвитку і повсюдної популяризації.

Історично найперша і точна аддитивная технологія - стереолітографія. Це метод поетапного затвердіння полімеру за допомогою лазера. Дану технологію застосовують в прототіпірованії, при виготовленні макетів і елементів дизайну з високим рівнем деталізації.

Селективне лазерне спікання - інноваційний метод затвердіння рідкого фотополімеру. Дана технологія дозволяє працювати з цементом, керамічної глиною, складними полімерами, металевим порошком.

Найбільш затребуваними в побутовому сенсі залишаються FDM-принтери, що відтворюють об'єкти шляхом нашарування пластикової нитки. Раніше принтери були здатні створювати об'єкти в одному колірному рішенні, але зараз на ринку з'явилися пристрої, що використовують кілька видів кольорових пластикових ниток.

Центр адитивних технологій

На російському ринку існує молода компанія, яка спеціалізується на застосуванні адитивних технологій. ВАТ «Центр адитивних технологій» працює на стику компетенцій дизайну, проектування і розрахунків, оптимізації технічних рішень і виробництва.

Компанія має великий парк 3D-принтерів промислового масштабу провідних світових виробників: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Основний напрямок роботи центру - співпраця з підприємствами з метою розробки і реалізації нової продукції і унікальних технологій. Також центр спеціалізується на розробці і виробництві настільних портативних 3D-принтерів і сканерів. Дані 3D-пристрої здатні втілити технології прототипування в побутових умовах і ідеально підходять для першого знайомства з адитивними технологіями і основами 3D-друку.

Адитивні технології в машинобудуванні

Адитивні технології активно застосовуються в автомобільній галузі. Команда американського інженера Джима Корра, засновника Kor Ecologic, більше 15 років працює над проектом Urbee - першим прототипом 3D-автомобіля. Слід сказати, що на принтері надруковано лише кузов і деякі деталі - каркас авто металевий.

Даний автомобіль розвиває невелику максимальну швидкість в 112 кілометрів, але має низький лобовим опором завдяки дизайну корпусу і здатний проїжджати на електродвигуні близько 65 кілометрів.

Аддитивна технологія використовується і в прототипі американської компанії Local Motors, яка готує до масового виробництва свої електрокари. Прототипи компанії володіють сучасним дизайном, великим запасом ходу і штучним інтелектом.

Адитивні технології: застосування

У сучасно світі адитивні технології застосовуються в багатьох галузях і потенційно можуть використовуватися в кожній. Світові таблоїди періодично потрясають новини про те, як на 3D-принтері надрукували зброю, людський орган, одяг, будинок, автомобіль.

Потенціал розвитку даних технологій дійсно високий і здатний на порядок прискорити розвиток наукового-технічного прогресу - наукові лабораторії за допомогою 3D-принтерів створюють інноваційні матеріали і тканини. Застосування адитивних технологій в промисловості дозволяє виробникам прискорити прототипирование нових зразків і скоротити шлях від ідеї до реалізації. Архітектурна і будівельна галузінамагаються використовувати потенціал адитивних технологій на 100%. Дизайнерський бізнес переживає новий етап розвитку завдяки аддитивному обладнання.

Перспективи розвитку галузі вкрай сприятливі. Фінансові аналітики пророкують ринку 3D-друку стрімке зростання. Науково-дослідні центри, які займаються аддитивними розробками, фінансуються оборонним комплексом і медичними державними інститутами

Серед технологій, які постійно з'являються в житті людини завдяки досягненням наукового прогресу, існують і такі, які носять назву «адитивних». Це визначення походить від запозиченого слова «адитивність», або, якщо бути точніше, від англійського словосполучення «additive manufacturing» (скорочено - AF), яке дослівно перекладається як «прибавляемое виробництво». Так що ж це таке, і чим цей вид технологій може бути корисний суспільству сьогодні?

сутність

Адитивні технології є галуззю цифровий промисловості і являють собою такий метод виробництва виробів і різних продуктів, при якому відбувається нарощення шарів об'єкта за допомогою використання комп'ютерних пристроїв для 3D-друку. Що ж за матеріали їх заповнюють? Зазвичай це віск, металеві та гіпсові порошки, полістирол (безбарвний і стеклообразний полімер, що нагадують пластик), поліаміди (пластмаси), рідкі фотополімери (заготовки, затвердевающие під впливом світлових променів, найчастіше ультрафіолетових) та ін.

Виникнення: як це було

Історія адитивних пристроїв почалася в 1986 році, коли один з представників компанії «Ultraviolet Products» на ім'я Чарльз Халл (нині виконавчий віце-президент і головний технічний директорвласної організації «3D Systems») сконструював перший у світі Стереолітографіческая принтер для тривимірної друку. Механізм був проведений головним чином для забезпечення оборонного комплексу США своєчасними поставками. Халл звернув увагу на те, що для створення окремих деталей і їх подальшого складання потрібна велика кількість часу і сил. Тому він вирішив не тільки вдатися до допомоги ультрафіолетового випромінювання, а й здійснити задумане максимально раціонально. Так, чоловік спочатку наклав один на одного кілька тисяч шарів пластика, а вже потім закріпив їх однією ультрафіолетової обробкою.

Пізніше Чарльз покинув збанкрутілу фірму «UVP», але зупинятися на розробці власного дітища не захотів, - він запатентував технічний винахід в 1983 році і особисто заснував компанію, яка потім розрослася до масштабів справжньої корпорації. Сьогодні «3D Systems» є одним з ключових учасників ринку принтерів, виробів і програмного софта для створення об'ємної продукції.

Подальший розвиток адитивні технології отримали завдяки товаришам-студентам з Массачусетського технологічного інституту. У 1993 році Джим Бредт і Тім Андерсон вирішили якісно доповнити вже існуючі напрацювання власними ідеями, а тому взяли і модифікували звичайний 2D принтер в пристрій для 3D друку. У модернізованому пристрої застосовувалися не аркуші паперу, а схожий на клей спеціальний рідкий склад, який розбризкувався по тонким верствам основного наповнювача (полімерного, металевого або гіпсового порошку) і затвердевал. Бредт і Андерсон подарували AF світову популярність, адже зробили їх більш ходовими і універсальними. У 1995 році друзі організували власну організацію «Z Corporation», успіхи якої не залишилися без уваги «3D Systems», - в 2012 році вона придбала більш дрібну, але не менш перспективну компанію, і їх передові проекти почали виходити в світ під загальним логотипом.

Призначення і застосування

Все це означало тільки одне - вступ в нову еру, якісна зміна багатьох виробничих сфер і спрощення організаційних процесів! Наприклад, в автомобільній промисловості значно прискорився етап розробки прототипів, адже майже всі комплектуючі, будь то потужні двигуни або звичайні кнопки і важелі, почали створюватися з повним або частковим використанням технології 3D друку.

Крім того, компанії стали істотно економити, адже тепер виробництво:

• більше не вимагала наявності такого різноманітного інструментарію, як раніше;
• могло здійснюватися при контролі меншої кількості співробітників. По суті, для правильного створення деталі виявляється достатньої 1-2 інженерів. Головне, що від них вимагається - це повні та всебічні знання проектування і дизайну технічних конструкцій, А також розуміння особливостей роботи з AF установками.

Активно застосовуються подібні принтери і ... в медицині! Це може здатися неможливим, але навіть на сучасному етапі тривимірні вироби використовуються як замінюють і реконструювання елементи, наприклад, коли мова йде про щелепно-лицевої хірургії. У березні 2018 року в Манчестері була відкрита клініка, що спеціалізується на випуску стрижнів, протезів і пластин на 3D принтерах, які заповнюються пластиковими або металевими сумішами. Незважаючи на те, що одна тільки установка моделі «PolyJet» обійшлася лікарні в $ 42000, згідно з підрахунками керівництва, вкладення у власну лабораторію об'ємної друку окупиться швидше, ніж постійне звернення до посередників. Співробітники клініки прогнозують, що вже через 5 років подібні центри стануть обов'язковими при лікувальних і реабілітаційних закладах, особливо якщо вони займаються онкологічними, ортопедичними, неврологічними і ревматологічними захворюваннями.

Цікавий факт! AF використовуються і для виготовлення штучних кінцівок.

Пробна програма, розпочата у 2017 році в столиці Йорданії, не тільки продовжує набирати обертів, а й демонструє позитивні результати. В Аммані здійснюється лікування людей, що бігли від військових дій в Сирії, Ємені та Іраку. Так, вже 5 добровольців обзавелися «надрукованими» протезами, які, по-перше, обійшлися їм набагато дешевше звичайних (близько $ 20 проти сотень доларів), і, по-друге, були проведені з урахуванням індивідуальних особливостей і параметрів тіла.

Адитивні технології підкорюють і інші сфери: це архітектура, авіабудівництво, виробництво спортивного спорядження і товарів для дітей ... Спектр їх застосування розширюється, а експерти в один голос пророкують цьому напрямку перспективне і райдужне майбутнє з припливом інвестицій, зростанням попиту на компетентну робочу силуі підвищенням зарплат.

Детальніше про деякі типи АТ

Не зайвим буде згадати і про те, як відбувається створення об'ємного продукту в кожному конкретному випадку. Найпопулярнішими методами в аддитивном виробництві є:

1. Fused deposition modeling, FDM - моделювання методом пошарового наплавления. Об'єкт конструюється відповідно до закладеної в програмне забезпеченняматематичної цифрової моделі зі спеціальної пластикової нитки (жилки), яка розплавляється до певної температури, а тому стає досить гнучкою для придбання потрібної форми. Допоміжні спорудження видаляються вручну або завдяки розчиненню в спеціальної рідини, а готовий виріб або залишається в надрукованому вигляді, або піддається пост-обробці (фарбування, полірування, шліфування, склеювання та ін.). Вироблені деталі завжди відрізняються хорошими характеристиками, Такими як зносостійкість і термостійкість.

1. ColorJetPrinting, CJP. Суть цієї просунутої технології полягає у використанні композитного порошку на основі гіпсу і пластика, який не тільки піддається пошаровому склеювання, а й фарбуванню в самі різні кольорипалітри CMYK, що включає до 390 000 відтінків! Поки можливість кольорового друку надає виключно CJP. Крім цього, дана АТ також уможливлює відтворення на поверхні продукції різних текстур в високому дозволі. Незважаючи на середню міцність і незначну шорсткість кінцевих виробів, ColorJetPrinting, що характеризується низькою собівартістю, активно застосовується для створення архітектурних макетів, фігурок людей в мініатюрі, презентаційних зразків та інших наочних об'єктів.

1. SelectiveLaserStering, SLS - селективне лазерне спікання. Тут порошкові матеріали (пластики і поліаміди) спікається лазерним променем. Такий метод одночасно підходить і для великих промислових виробів, і для об'єктів зі складною геометрією і детальної структурою, і для партій, які випускаються за 1 друковану сесію. Технологію SLS нерідко плутають з SelectiveLaserMelting, або SLM. Різниця між ними полягає в тому, що в першому випадку сплав виявляється частковим і здійснюється лише по поверхні частинок, в той час як у другому результат - це отримання цільного моноліту.

Конференції в Росії

Національний ринок АТ в Росії розвинений ще недостатньо. Потенціал сфери не розкривається через дефіцит кадрів, нестачі матеріалу і устаткування і відсутності належної програми державної підтримки.

І все ж деякі установи намагаються власними силами сприяти знайомству російського суспільства з передовими досягненнями AF. Однією з таких організацій є Всеросійський науково-дослідний інститут авіаційних матеріалів (ВІАМ), представники якого щорічно влаштовують тематичні конференції, присвячені аддитивним технологіям. Зі своїми доповідями виступають вітчизняні та зарубіжні вчені та працівники промислової сфери, зацікавлені в заміні традиційних форм виробництва інноваційними методами. Цього року захід, що відбувся 30 березня, стало вже 4 за ліком. Взяти участь в конференції, яка пройшла під гаслом «Сьогодення та майбутнє», змогли учасники, які подали попередні заявки.

Адитивні технології знаходять активне застосування в енергомашинобудування, приладобудуванні, авіаційній промисловості, космічній індустрії, там, де висока потреба у виробах складної геометрії.У Росії з адитивними технологіями познайомилося вже чимало підприємств. Пропонуємо вашій увазі матеріал з альманаху«Управління виробництвом», в якому описується кілька прикладів ефективного впровадження 3D-друку.

Адитивні технології відкрили можливість виготовлення деталей будь-якої складності і геометрії без технологічних обмежень. Геометрію деталі можна міняти ще на стадії проектування та випробування.

Підготовка файлів для друку здійснюється на комп'ютерах зі стандартним програмним забезпеченням, в роботу приймаються файли формату STL. Це широко використовуваний сьогодні формат зберігання тривимірних об'єктів для Стереолітографіческая 3D-принтерів. Інвестиції в проект склали близько 60 млн рублів.

Олександр Зданевич, ІТ-директор НВК «Об'єднана Вагонна Компанія»: «Технології адитивної друку прогресують, і, найімовірніше, вже в найближчому майбутньому вони змінять обличчя цілого ряду індустрій. Головним чином це стосується підприємств, на яких випускаються штучні товари під конкретне замовлення. З масовим виробництвом справа йде складніше, хоча різні типи 3D-принтерів вже зараз знаходять застосування в даній області.

Існує безліч технологій об'ємного синтезу. Однією з перспективних для промислового впровадження є. Процес можна розділити на два етапи. На першому формується шар побудови у вигляді рівномірно розподіленого по поверхні робочої платформи рідкого фотополімеру. Потім відбувається вибіркове затвердіння ділянок даного шару відповідно до поточного перетином побудованої на комп'ютері 3D-моделі.

Стосовно до залізничного машинобудування дану технологіюможна використовувати на етапі підготовки ливарного виробництва, зокрема, при виробництві комплекту ливарного оснащення. Один і той же комплект оснащення, унікальний під кожну виливок, використовується протягом тисяч циклів виробництва відповідних ливарних форм.

Від соблюденной в процесі виготовлення комплекту оснащення точності всіх передбачених конструкторами параметрів безпосередньо залежить якість кінцевого виробу. Традиційний спосіб виготовлення комплекту оснащення шляхом механічної обробки матеріалів (металу, пластика, іноді і дерева) досить трудомісткий і тривалий (часом займає до декількох місяців), при цьому чутливий до помилок.

У «видрукувані» моделі можна вбудувати і інші вузли і агрегати. Тривимірна друк повністю окупається за рахунок високої швидкості виготовлення прототипів, а також за рахунок «доопрацювання на столі» прямо в ОГК, яка економить багато часу і грошей, ніж виготовлення натурних зразків в «залізі» на виробництві.

Значну роботу по просуванню адитивних технологій проводить Держкорпорація «Росатом». Керівництво впевнене, що скоро в держкорпорації будуть присутні всі компоненти «цифрового виробництва» - від розробки матеріалів, обладнання, технологій до виробництва виробів. В галузі реалізується програма по адитивним технологіям, вона складається з підрозділів: технологія, сировина, обладнання, стандартизація. Розробкою технологій виробництва металевих порошків для 3D-друку в Росатомі займаються три інститути: «Гиредмет», ВНІІХТ, ВНІІНМ. Одночасно ведеться робота зі створення дослідного зразка 3D-принтера для тривимірної друку металевих і композитних виробів. Росатом планує представити зразок вже до кінця 2017 року.

Тривимірна друк повністю окупається за рахунок високої швидкості виготовлення прототипів, а також за рахунок «доопрацювання на столі» прямо в ОГК, яка економить багато часу і грошей, ніж виготовлення натурних зразків в «залізі» на виробництві.

«До початку 2018 року ми маємо весь цикл по адитивним технологій всередині Росатома замкнути. Нам потрібен ще рік, щоб запустити свій власний пілотний зразок установки, і приблизно стільки ж - для того, щоб домовитися з усіма сторонами, які забезпечують використовувану нормативну складову », - розповів Олексій Дуб.

У структурі Росатома адитивні технології розвиваються в паливній компанії «ТВЕЛ», яка активно співпрацює з створеним при УрФУ регіональним інжинірингових центром, працюючи над створенням російського 3D-принтера. Для Уральського електрохімічного комбінату і його підприємств порошкова металургія не новинка. Наприклад, на заводі електрохімічних перетворювачів порошки застосовувалися при виробництві фільтрів для газової дифузії урану при поділі ізотопів, також для припоїв і поверхневого напилення.

У науково-освітньому центрі «Сучасні виробничі технології» Томського політеху

Одним з першопрохідців в області лазерних принтерів можна назвати науково-освітній центр «Сучасні виробничі технології» Томського політехнічного університету. Він укомплектований принтером електронно-променевого сплаву (електронно-променевим), лазерним принтером, Принтерами, що друкують армованими композитами, а також ультразвуковим томографом, що здійснює тут же, «біля верстата», неруйнівний контроль готових виробів. Фахівці центру виготовляють АМ-установки, розробляють програмне забезпечення до них і мають намір просунутися далі «лабораторії».

У центрі адитивних технологій ТПУ налаштований весь виробничий цикл - від ідеї до реалізації готового виробу. Можна зробити і протестувати деталі для обшивки космічних кораблів, імпланти для черепно-лицевої хірургії, вироби складної форми для і багато іншого, а також створити нові цифрові установки, наприклад, для друку інструментів на МКС. «За допомогою наших унікальних технологій ми можемо створювати импортозамещающую продукцію, яка в рази дешевше імпортних аналогів, при цьому за якістю не гірше», - впевнений директор центру Василь Федоров.

У розвитку адитивних технологій є і стримуючі фактори.

• По-перше, висока вартість технології (устаткування і матеріалу), втім в процесі розвитку технологій ціна поступово знижується.
• По-друге, брак кваліфікованих, знають технологію кадрів.
• По-третє, недостатня освоєність, відсутність метрологічного забезпечення викликає побоювання при виробництві деталей високої важливості.
• АМ-процеси (Additive Manufacturing) поки не інтегровані в технологію виготовлення виробів.«Зрозуміло, що будь-який відповідальний конструктор не поставить в відповідальне виріб деталь, не знаючи при цьому, скільки вона прослужить», - прокоментував Олексій Дуб.
• Важливим завданням є необхідність розробки системи сертифікації і стандартизації адитивних виробів, технологічних процесів, порошків і композицій. Для вирішення цих питань при Росстандарта був сформований технічний комітет, Який веде роботу зі створення нормативної документації в сфері адитивних технологій.

3D-Принтинг починає поширюватися в світі, і Росія не повинна відставати в цій області. Застосування даних технологій дозволяє здешевити виріб, прискорити його проектування і виробництво.

- глава Мінпромторгу Денис Мантуров

висновок

Популярність неухильно зростає. Хоча сумарний обсяг світового ринку відносно невеликий (близько 6 млрд доларів), щорічні темпи зростання не можуть не вражати - в середньому 20-30%. Втім одностайності в оцінці ролі адитивних технологій в промисловості все ще немає: одні кажуть, що впровадження методів 3D-друку призведе до заходу промисловості в традиційному сенсі, інші - що тривимірні принтери стануть лише одним з елементів виробничих схем. Але незважаючи на всі існуючі розбіжності, великі перспективи адитивних технологій в промисловості неможливо заперечувати.

Безпосереднє вирощування виробів зі складною геометрією і зі специфічних матеріалів виявляється досить вигідним з економічної точки зору. Воно дозволяє економити матеріал, час, знижує ризик помилок. 3D-принтери перестали бути «дорогою іграшкою», сьогодні вони займають повноправне місце серед ключових технологій