Tehnika aditiva: opis, definicija, značajke primjene i povratne informacije. Aditivne tehnologije u industriji

3D tehnologija ispisa

Vodeće zemlje svijeta aktivno su uključene u 3D utrku. Tako je 2012. godine u Youngstownu u državi Ohio otvoren Nacionalni institut za inovacije proizvodnje aditiva NAMII - prvi centar aditivnih tehnologija od petnaest stvorenih u SAD-u. Strojni park Instituta već ima 10 aditivnih strojeva, od kojih su tri najmoderniji strojevi za izradu metalnih dijelova.

Terminologija i klasifikacija

Bit aditivnih tehnologija je povezivanje materijala za stvaranje objekata iz sloju 3D modela podataka po sloju. Na taj se način razlikuju od konvencionalnih tehnologija za proizvodnju subtrakta, što podrazumijeva mehaničku obradu - uklanjanje tvari iz obradaka.

Tehnologije aditiva su klasificirane:

• na korištenim materijalima (tekući, granulirani, polimerni, metalni prah);
• prisutnošću lasera;
• metodom pričvršćenja sloja gradnje (toplinska ekspozicija, ozračivanje ultraljubičastim ili vidljivim svjetlom, vezivo);
• metodom formiranja sloja.

Postoje dva načina oblikovanja sloja. Prvo je da se materijal za prašku prvo ulijeva na platformu, koji se raspoređuje valjakom ili nožem kako bi se stvorio ravnomjerni sloj materijala dane debljine. Postoji selektivan tretman praha s laserskim ili drugim načinom spajanja čestica praha (fuzije ili lijepljenja) prema trenutnom poprečnom presjeku CAD modela. Ravnina konstrukcije je nepromijenjena, a dio praha ostaje netaknut. Ova metoda se naziva selektivna sinteza, kao i selektivni laserski sinteriranje, ako je alat za spajanje laser. Druga metoda se sastoji u izravnom polaganju materijala na mjestu opskrbe energijom.

ASTM, koji razvija industrijske standarde, dijeli 3D tehnologije aditiva u 7 kategorija.

1. Izvucite materijal. Materijal sličan tijestu se dovodi do točke konstrukcije uz zagrijani ekstruder, koji je smjesa veziva i metalnog praha. Konstruirani sirovi model stavljen je u pećnicu kako bi se uklonilo vezivo i prašak u prahu - baš kao iu tradicionalnim tehnologijama. Ova tehnologija se aditiv provodi pod trgovačkim mlz (Višefazni Jet skrućivanja višefazne jet solidifikacije), FDM (Spojeni Taloženje modeliranje, simulacija od layerwise fuziju), FFF (Spojeni filament Izrada, postupak proizvodnje kojim se spajaju vlakna).
2. Raspršivanje materijala. Na primjer, u Polyjet tehnologiji, vosak ili fotopolimer na višesmjernoj glavi se dovodi do gradilišta. Ova aditivna tehnologija se također naziva Multi Jetting Material.
3. Prskanje veziva. To uključuje inkjet Ink-Jet injekcijske tehnologije u građevinskoj zoni neamodelnog materijala i vezivnog reagensa (dodatna tehnologija tvrtke ExOne).
4. Spajanje lima. Građevinski materijal je polimerni film, metalna folija, listovi papira, itd. Koristi se, na primjer, u tehnologiji ultrazvučne aditivne proizvodnje Fabrisonic. Tanke ploče od metala su ultrazvučno zavarene, nakon čega se višak metala uklanja mljevenjem. Tehnologija aditiva koristi se zajedno s podlogom.
5. Fotopolimerizacija u kupelji. Tehnologija koristi tekuće materijale - fotopolimerne smole. Primjer je SLA tehnologija iz 3D sustava i DLP tehnologije tvrtke Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Temeljiti materijal u prethodno formiranom sloju. Koristi se u SLS tehnologijama, korištenjem kao izvor energije laserske ili termalne glave (SHS tvrtke Blueprinter).
7. Izravna opskrba energijom na gradilištu. Materijal i energija za njegovo taljenje istodobno dolaze do točke konstrukcije. Kao radno tijelo koristi se glava, opremljena sustavom za opskrbu energijom i materijalom. Energija dolazi u obliku koncentrirane elektronske zrake (Sciaky) ili laserske zrake (POM, Optomec,). Ponekad se glava instalira na "ruku" robota.

Ova klasifikacija pokazuje mnogo više o suptilnosti aditivnih tehnologija od prethodnih.

Područja primjene

Tržište aditivnih tehnologija u dinamici razvoja je ispred ostalih industrija. Prosječni godišnji rast procjenjuje se na 27%, prema IDC-u do 2019. godine iznosit će 26,7 milijardi dolara, u usporedbi s 11 milijardi u 2015. godini.

Međutim, AT tržište tek treba otkriti neiskorišteni potencijal u proizvodnji robe široke potrošnje. Na prototipove se troši do 10% sredstava poduzeća iz troška proizvodnje robe. I mnoge su tvrtke već okupirale ovaj tržišni segment. No, preostalih 90% ide u proizvodnju pa će stvaranje aplikacija za brzu proizvodnju robe biti glavni smjer razvoja ove industrije u budućnosti.

U 2014. godini, udio brza tehnologija na tržištu aditiva, iako smanjen, i dalje je najviše - 35%, udio proizvodnje rastao brzo i dosegao udio od 31% u stvaranju alata ostao ostao je na 25%, a ostatak otpada na istraživanje i obrazovanje.

Po granama gospodarstva, korištenje AT-tehnologija je distribuirano na sljedeći način:

• 21% - proizvodnja potrošačke robe i elektronike;
• 20% - proizvodnja automobila;
• 15% - lijekovi, uključujući stomatologiju;
• 12% - izgradnja zrakoplova i svemirska industrija;
• 11% - proizvodnja sredstava za proizvodnju;
• 8% - vojna oprema;
• 8% - obrazovanje;
• 3% - gradnja.

Ljubitelji i profesionalci

Tržište AT-tehnologija je podijeljeno na amaterske i profesionalne. Tržište amaterskog tržišta uključuje 3D pisače i njihovu uslugu, koja uključuje usluge, potrošni materijal, softver i dizajniran je za individualne entuzijaste, edukaciju i vizualizaciju ideja te olakšavanje komunikacije u početnoj fazi razvoja novog poslovanja.

Stručni 3D pisači su skupi i pogodni za produženu reprodukciju. Imaju veliko građevinsko područje, produktivnost, točnost, pouzdanost, prošireni raspon modelnih materijala. Ovi strojevi su red veličine složeniji i zahtijevaju svladavanje posebnih vještina rada s samim uređajima, uz modelne materijale i softver. U pravilu, stručnjak za aditivne tehnologije s višim tehničkim obrazovanjem postaje operator profesionalnog stroja.

Tehnologije aditiva u 2015

Prema Wohlersovom izvještaju 2015, od 1988. do 2014., u svijetu je instalirano 79.602 industrijskih 3D pisača. . U isto vrijeme 38,1% od uređaja koštati više od 5 tisuća dolara su iz SAD-a, 9,3% - za Japan, 9,2% - u Kini, a 8,7% - u Njemačku. Ostatak svijeta je u značajnoj udaljenosti od vođa. Od 2007. do 2014. godišnja prodaja stolnih pisača rasla je sa 66 na 139.584 uređaja. U 2014. godini, 91,6% od prodaje iznosio desktop 3D printera, a 8,4% - za industrijsku primjenu aditiva za proizvodnju, dobit iz koje je, međutim, iznosio je 86,6% od ukupnog broja, odnosno 1,12 milijardi dolara apsolutni izraz. Stolni strojevi bili su zadovoljni sa 173,2 milijuna dolara i 13,4%. U 2016. godini očekuje se porast prodaje na 7,3 milijarde američkih dolara, 2018. godine - 12,7 milijardi, au 2020. godini tržište će dosegnuti 21,2 milijarde dolara.

Prema Wohlersu prevladava tehnologija FDM-a, koja broji oko 300 marki širom svijeta, nadopunjavajući svakodnevno novim izmjenama. Neki od njih prodaju se samo na lokalnoj razini, tako da je vrlo teško, ako je moguće, pronaći informacije o broju marki koje proizvode 3D pisači. Sa sigurnošću možemo reći da njihov broj na tržištu raste svakim danom. Postoji velika raznolikost u veličinama i tehnologijama koje se koriste. Na primjer, u Berlinu tvrtka proizvodi veliku BigRep FDM-pisač pod nazivom BigRep ONE.2 po cijeni od 36.000. Eura, mogućnost ispisa objekata do 900 x 1055 x 1100 mm sa rezolucijom 100-1000 mikrona, s dva ekstrudera i sposobnost korištenja različitih materijala.

Industrija - za

Industrija zrakoplovstva jako ulaže u proizvodnju aditiva. Korištenje aditivnih tehnologija smanjuje potrošnju materijala koji se koriste za proizvodnju dijelova za faktor 10. Očekuje se da će tvrtka GE Aviation godišnje ispisati 40 tisuća injektora. A tvrtka Airbus do 2018 će ispisivati ​​do 30 tona dijelova svaki mjesec. Tvrtka bilježi značajan napredak u karakteristikama proizvedenih dijelova na taj način u usporedbi s tradicionalnim. Pokazalo se da nosač, koji je dizajniran za 2,3 tona opterećenja, može izdržati opterećenje do 14 tona, a smanjenje njegove težine za pola. Osim toga, tvrtka ispisuje dijelove od aluminijskih ploča i priključaka za gorivo. U Airbusu se na Fortus 3D pisačima ispisuje 60.000 dijelova tvrtke Stratasys. Druge zrakoplovne tvrtke također koriste aditivne tehnologije proizvodnje. Među njima su Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt Whitney, Rolls-Royce i SpaceX.

Tehnologije digitalnih aditiva već se koriste u proizvodnji raznih potrošačkih proizvoda. Materialize, proizvodna usluga aditiva, udružuje se s Hoet Eyewareom u proizvodnji naočala za viziju i sunčane naočale. 3D modele pružaju razne usluge oblak. Samo 3D galerija i Sketchup nude 2,7 milijuna uzoraka. Modna industrija je također na marginama. RS Print koristi sustav koji mjeri tlak potplata za ispis pojedinačnih uložaka. Dizajneri eksperimentiraju s bikinijima, cipelama i haljinama.

Brzo prototipiranje

Brzim prototipovima znači stvaranje prototipnog proizvoda u najkraćem mogućem roku. To je jedna od glavnih primjena tehnologija proizvodnje aditiva. Prototip je prototip proizvoda koji je neophodan za optimizaciju oblika dijela, procjenu ergonomije, provjeru izvedivosti montaže i ispravnosti rasporeda rasporeda. Zato se smanjuje vrijeme proizvodnje dijela omogućuje značajno smanjenje vremena razvoja. Također, prototip može biti model dizajniran za provođenje aerodinamičkih i hidrodinamičkih ispitivanja ili provjere funkcionalnosti stambenih dijelova kućne i medicinske opreme. Mnogi su prototipovi stvoreni kao modeli dizajniranja pretraživanja s nijansama u konfiguraciji, bojama boja, itd. Za brzo prototipiranje koriste se jeftini 3D pisači.

Brza proizvodnja

Dodatne tehnologije u industriji imaju velike izglede. Male brodogradnje proizvoda s kompleksnom geometrijom i specifičnim materijalima uobičajeno je u brodogradnji, izgradnja elektroenergetskog stroja, kirurgija za rehabilitaciju i stomatologiju, zrakoplovnu industriju. Izravno obrađivanje metalnih proizvoda ovdje je motivirano ekonomskom svrhovitošću, budući da je to način proizvodnje bio je manje skup. Pomoću aditivnih tehnologija proizvode se radna tijela turbina i osovina, implantata i endoproteza, rezervnih dijelova za automobile i zrakoplove.

Razvoj brzih produkcija također je potaknut značajnim povećanjem broja raspoloživih metalnih praškastih materijala. Ako je 2000. bilo 5-6 vrsta praha, sada se nudi široka nomenklatura, izračunata u desecima sastava od konstrukcijskih čelika do plemenitih metala i legura otpornog na toplinu.

Obećavajući i tehnologija aditiva u strojarstvu, gdje se mogu koristiti u proizvodnji iprisposobleny alata za serijsku proizvodnju - umetcima za strojeve za injekcijsko prešanje, kalupe, predloške.

Ultimaker 2 - najbolji 3D pisač u 2016

Prema mišljenju CHIP časopis, koji je proveo ispitivanje i usporedio karakteristike kućanstva 3D printera, najbolje pisači 2016 modela Ultimaker su 2 društva Ultimaker, Reniforce RF1000 tvrtke Conrad i replikator Desktop 3D pisač tvrtke MakerBot.

Ultimaker 2+ u poboljšanom modelu koristi tehnologiju modeliranja spajanjem. 3D pisač ima najmanju debljinu sloja od 0,02 mm, kratko vrijeme izračuna, niski trošak ispisa (2600 rubalja po 1 kg materijala). Ključne značajke:

• veličina radne komore je 223 x 223 x 305 mm;
• težina - 12,3 kg;
• veličina glave - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• temperatura glave - 180-260 ° C;
• razlučivost sloja je 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikrona;
• brzina ispisa - 8-24 mm³/ s;
• točnost XYZ - 12,5-12,55 mikrona;
• materijal - PLA, ABS, CPE promjera 2,85 mm;
• softver - Cura;
• podržane vrste datoteka - STL, OBJ, AMF;
• potrošnja energije - 221 W;
• cijena - osnovni model 1 895 eura i 2 495 eura napredni.

Prema korisnicima, pisač je jednostavan za instalaciju i upotrebu. Zabilježili su visoku razlučivost, samoregulirajući krevet, širok raspon korištenog materijala, korištenje softvera otvorenog koda. Nedostaci pisača uključuju otvoreni dizajn pisača, što može dovesti do spaljivanja vrućim materijalom.

LulzBot Mini 3D pisač

U pregledu časopisa PC Magazine Ultimaker 2 i Replicator Desktop 3D Printer su također među prva tri, ali ovdje je na prvom mjestu bio pisač LulzBot Mini 3D pisač. Njegove specifikacije su sljedeće:

• veličina radne komore je 152 x 152 x 158 mm;
• težina - 8,55 kg;
• temperatura glave - 300 ° C;
• debljina sloja je 0,05-0,5 mm;
• brzina ispisa - 275 mm / s pri visini sloja od 0,18 mm;
• materijal - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliester, najlon, polikarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS itd. promjera 3 mm;
• softver - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl itd.;
• potrošnja energije - 300 W;
• Cijena je 1 250 USD.

Sciaky EBAM 300

Jedan od najboljih industrijskih strojeva za proizvodnju aditiva je tvrtka EBAM 300 Sciaky. Pištolj s elektronskim snopom primjenjuje slojeve metala brzinom od 9 kg na sat.

• veličina radne komore je 5791 x 1219 x 1219 mm;
• tlak vakuumske komore - 1x10^-4 Thor;
• potrošnja energije - do 42 kW pri naponu od 60 kV;
• tehnologija - ekstruzija;
• Materijal - titana i titanskih legura, tantal, Inconel, tungsten, niobij, nehrđajući čelik, aluminij, čelik, bakar-nikal legure (70/30 i 30/70);
• maksimalni volumen iznosi 8605,2 litre;
• cijena - 250 tisuća američkih dolara.

Aditivne tehnologije u Rusiji

Strojevi industrijske klase u Rusiji nisu proizvedeni. Do sada, samo razvoj događaja u "Rosatom", laser centru MSTU. Bauman, Sveučilište Stankin, Politehničko sveučilište u St. Petersburgu, Savezno sveučilište Ural. "Voronezhselimmash", koja proizvodi obrazovne i domaće 3D pisače "Alpha", razvija industrijsku dodatnu instalaciju.

Ista situacija s potrošnim materijalima. Vođa u razvoju praha i praškastih kompozicija u Rusiji je VIAM. Oni proizvode prašak za aditivne tehnologije, koji se koriste za popravak lopatica turbina, na zahtjev Perm Aviadvigatela. Napredak je također u All-Russian Institutu svjetlosnih slitina (VILS). Razvoju obavljaju razni inženjerski centri diljem Ruske Federacije. Rostech, grana Urala Ruske akademije znanosti, Federalni sveučilište Ural razvija svoje vlastite projekte. No, oni nisu u stanju zadovoljiti ni mali zahtjev od 20 tona praha godišnje.

U tom smislu, Vlada je uputio Ministarstvo obrazovanja, Ministarstvo za ekonomski razvoj, Ministarstvo industrije, Ministarstvo komunikacija, Ruske akademije znanosti, Fana „Roscosmos”, „Rosatom”, „Rosstandart” razvojne institucije utvrditi koordinirani program razvoja i istraživanja. Za predlaže se izdvojiti dodatna proračunska izdvajanja, kao i da se razmotri mogućnost sufinanciranja na račun Nacionalnog fonda skrbi i drugih izvora. Preporučljivo je poduprijeti nove tehnologije proizvodnje, u Vol. H. toga, Mers „Rosnano” Fond „Skolkovo”, izvoz agencija „EXIAR”, „Vnesheconombank”. Vlada je također zastupa industriji i trgovini Ministarstvo će pripremiti jedan dio državnog programa za razvoj i unapređenje industrijske konkurentnosti.