Tehnologia aditivilor: descriere, definiție, caracteristici ale aplicației și feedback. Tehnologii adiționale în industrie

Tehnologie de imprimare 3D

Țările principale ale lumii sunt incluse activ în cursa 3D. Deci, în 2012, în Youngstown, Ohio, a fost inaugurat Institutul Național de Inovare pentru producția aditivă NAMII - primul centru de tehnologii aditiv din cincisprezece creat în SUA. Parcul de mașini al Institutului are deja zece mașini adiționale, dintre care trei sunt cele mai moderne mașini pentru crearea pieselor metalice.

Terminologie și clasificare

Esența tehnologiilor adiționale este de a conecta materialele pentru a crea obiecte din stratul de date model de model 3D. În acest fel, ele diferă de tehnologiile convenționale de fabricare subtractivă, implicând prelucrarea mecanică - îndepărtarea materiei din piesa de prelucrat.

Tehnologiile adiționale sunt clasificate:

• pe materialele utilizate (pulbere lichidă, granulară, polimerică, metalică);
• prin prezența unui laser;
• prin metoda de fixare a stratului de construcție (expunere termică, iradiere cu lumină ultravioletă sau vizibilă, liant);
• prin metoda formării stratului.

Există două moduri de a forma un strat. Primul este că materialul pulverulent este mai întâi turnat pe platformă, distribuit printr-o rolă sau cuțit pentru a crea un strat uniform de material cu o grosime dată. Există un tratament selectiv al pulberii cu laser sau altă metodă de îmbinare a particulelor de pulbere (prin fuziune sau lipire) în conformitate cu secțiunea transversală a modelului CAD. Planul de construcție este neschimbat, iar o parte din pulbere rămâne neatinsă. Această metodă se numește sinteză selectivă, precum și sinterizarea selectivă cu laser, dacă instrumentul de joncțiune este un laser. A doua metodă constă în depunerea directă a materialului în punctul de alimentare cu energie.

ASTM, care dezvoltă standarde industriale, împarte tehnologiile 3D aditive în 7 categorii.

1. Material extrudarea. La punctul de extruder preîncălzit construirea transportat materialul de pastă, un amestec de liant și pulbere de metal. Modelul brut Construit este plasat într-un cuptor pentru a îndepărta pulberea de liant și sinter - în același fel cum se întâmplă în tehnologiile tradiționale. Această tehnologie aditiv este implementată sub mărcile comerciale MJS (Multiphase Jet solidificării multifazic jet de solidificare), FDM (Fused Deposition Modelarea, simularea prin fuzionare layerwise), FFF (Fused filamentelor de fabricatie, metoda de producție fuziune filamente).
2. Pulverizarea materialului. De exemplu, în tehnologia Polyjet, ceara sau fotopolimerul pe un cap multijet este alimentat la punctul de construcție. Această tehnologie a aditivului este numită și materialul Multi Jetting.
3. Pulverizarea liantului. Acestea includ tehnologia de injecție cu jet de cerneală Ink-Jet în zona de construcție a unui material non-model și un reactiv de liant (tehnologie add-on a ExOne).
4. Îmbinări de materiale de tablă. Materialul de construcție este un film de polimer, folie metalică, foi de hârtie etc. Utilizat, de exemplu, în tehnologia fabricării de aditivi ultrasonici Fabrisonic. Plăcile subțiri din metal sunt sudate cu ultrasunete, după care excesul de metal este îndepărtat prin frezare. Tehnologia aditivului este utilizată împreună cu substratul.
5. Fotopolimerizarea în baie. Tehnologia folosește materiale model lichide - rășini fotopolimerice. Un exemplu este tehnologia SLA de la sistemele 3D și tehnologia DLP de la Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Topirea materialului într-un strat preformat. Utilizat în tehnologiile SLS, folosind ca sursă de energie laser sau cap termic (SHS a companiei Blueprinter).
7. Alimentarea directă cu energie a șantierului. Materialul și energia pentru topirea acestuia ajung simultan la punctul de construcție. Ca corp de lucru, se folosește un cap, echipat cu un sistem de alimentare cu energie și material. Energia vine sub forma unui fascicul de electroni concentrat (Sciaky) sau a unui fascicul laser (POM, Optomec,). Uneori capul este instalat pe "brațul" robotului.

Această clasificare arată mult mai mult despre subtilitățile tehnologiilor adiționale decât cele anterioare.

Domenii de aplicare

Piața tehnologiilor adiționale în dinamica dezvoltării este înaintea altor industrii. Creșterea sa medie anuală este estimată la 27% și, potrivit IDC, până în 2019 va fi de 26,7 miliarde de dolari, în comparație cu 11 miliarde în 2015.

Cu toate acestea, piața AT nu a prezentat încă potențialul neexploatat al producției de bunuri de consum. Până la 10% din fondurile companiilor din costul producției de bunuri sunt cheltuite pentru prototipuri. Și multe companii au ocupat deja acest segment de piață. Dar restul de 90% intră în producție, astfel încât crearea de aplicații pentru producția rapidă de bunuri va fi direcția principală de dezvoltare a acestei industrii în viitor.

În 2014, proporția de tehnologii rapide de prototipuri pe piață a aditivului, deși a scăzut, acesta a rămas cel mai mare - 35%, ponderea producției a crescut rapid și a ajuns la o cotă de 31% în crearea de instrumente a rămas a rămas la 25%, restul este reprezentat de cercetare și educație.

Prin ramurile economiei, utilizarea tehnologiilor AT a fost distribuită după cum urmează:

• 21% - producția de bunuri de consum și electronică;
• 20% - producția de automobile;
• 15% - medicină, inclusiv stomatologie;
• 12% - construcții de avioane și industria spațială;
• 11% - producția mijloacelor de producție;
• 8% - echipament militar;
• 8% - educație;
• 3% - construcții.

Iubitori și profesioniști

Piața tehnologiilor AT este împărțită în amatori și profesioniști. Piața de amatori include imprimante 3D și serviciul lor, care include servicii, consumabile, software și este conceput pentru entuziaștii individuali, educarea și vizualizarea ideilor și facilitarea comunicării în faza inițială a dezvoltării unei noi afaceri.

Imprimantele profesionale 3D sunt scumpe și potrivite pentru reproducerea extinsă. Acestea au o suprafață mare de construcție, productivitate, precizie, fiabilitate, gamă extinsă de materiale de model. Aceste mașini sunt un ordin de mărime mai complicat și necesită cunoașterea unor abilități deosebite în lucrul cu dispozitivele în sine, cu materiale și software de model. De regulă, specialistul în tehnologii adiționale cu educație tehnică superioară devine operator al unei mașini profesionale.

Tehnologii adiționale în 2015

Conform raportului Wohlers 2015, 1988 - 2014, au fost instalate în întreaga lume 79 622 de imprimante 3D industriale. În același timp, 38,1% dintre dispozitive care costă mai mult de 5 mii dolari SUA sunt în SUA, 9,3% în Japonia, 9,2% în China și 8,7% în Germania. Restul lumii se află la o distanță semnificativă față de lideri. Din 2007 până în 2014, vânzările anuale de imprimante desktop au crescut de la 66 la 139.584 de dispozitive. În 2014, 91,6% din vânzări au reprezentat imprimante 3D de birou și 8,4% - pentru instalațiile industriale de producție a aditivilor, al căror profit a fost însă de 86,6% din total sau de 1,12 miliarde USD exprimare absolută. Mașinile de masă au fost satisfăcute cu 173,2 milioane de dolari și 13,4%. În 2016, se estimează că vânzările vor crește la 7,3 miliarde USD, în 2018 - 12,7 miliarde, în 2020 piața va ajunge la 21,2 miliarde de dolari.

Potrivit Wohlers, tehnologia FDM predomină, număra în jur de 300 de branduri din întreaga lume, reînnoind zilnic cu noi modificări. Unele dintre ele sunt vândute numai la nivel local, deci este foarte dificil, dacă este posibil, să găsiți informații despre numărul de mărci produse de imprimante 3D. Cu încredere, putem spune că numărul lor pe piață crește în fiecare zi. Există o mare varietate de dimensiuni și tehnologii folosite. De exemplu, compania din Berlin produce un imens BigRep FDM-imprimantă denumită BigRep ONE.2 la un preț de 36 mii. Euro, capabilă să imprime obiecte de până la 900 x 1055 x 1100 mm, cu o rezoluție de 100-1000 microni, cu două mașini de extrudare și capacitatea de a folosi diferite materiale.

Industrie - pentru

Industria aviatică investeste foarte mult în producția de aditivi. Utilizarea tehnologiilor adiționale va reduce consumul de materiale utilizate la fabricarea pieselor cu un factor de 10. Se așteaptă ca compania GE Aviation să tipărească anual 40 mii de injectoare. Și compania Airbus până în 2018 va tipări în fiecare lună până la 30 de tone de piese. Compania notează progrese semnificative în ceea ce privește caracteristicile pieselor produse în acest mod în comparație cu cele tradiționale. Sa dovedit că suportul, care a fost proiectat pentru 2,3 ​​tone de sarcină, poate rezista la o încărcătură de până la 14 tone, reducând în același timp greutatea sa la jumătate. În plus, compania imprimă piese din foi de aluminiu și conectorii de combustibil. În Airbus există 60.000 de piese imprimate pe imprimantele Fortus 3D de la Stratasys. Alte companii aerospațiale folosesc și tehnologii de producție adiționale. Printre acestea se numără: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt Whitney, Rolls-Royce și SpaceX.

Tehnologiile digitale de aditivi sunt deja utilizate în producția unei game variate de produse de consum. Materialalize, un serviciu de fabricare a aditivilor, colaborează cu Hoet Eyeware la fabricarea de ochelari de vedere și ochelari de soare. Modelele 3D sunt furnizate de o varietate de servicii cloud. Doar 3D Warehouse și Sketchup oferă 2,7 milioane de mostre. Industria modei este, de asemenea, pe margine. RS Print utilizează un sistem care măsoară presiunea tălpii pentru a imprima tălpile individuale. Designerii experimentează cu bikini, pantofi și rochii.

Rapid prototip

Prin prototiparea rapidă se înțelege crearea unui produs prototip în cel mai scurt timp posibil. Este una dintre principalele aplicații ale tehnologiilor de producție a aditivilor. Prototipul este prototipul produsului necesar pentru optimizarea formei piesei, evaluarea ergonomiei, verificarea fezabilității de asamblare și corectitudinea soluțiilor de aspect. Acesta este motivul pentru reducerea timpului de fabricație a părții vă permite să reduceți semnificativ timpul de dezvoltare. De asemenea, prototipul poate fi un model conceput pentru a efectua teste aerodinamice și hidrodinamice sau pentru a verifica funcționalitatea părților carcasei echipamentelor de uz casnic și medical. Multe prototipuri sunt create ca modele de design de căutare cu nuanțe în configurație, scală colorată de colorare etc. Pentru prototipuri rapide se folosesc imprimante 3D ieftine.

Producție rapidă

Tehnologiile adiționale din industrie au mari perspective. Producția la scară mică a produselor cu geometrie complexă și a materialelor specifice este obișnuită în construcția de nave, putere construirea mașinii, chirurgie de reabilitare și medicină dentară, industria aerospațială. Cultivarea directă a produselor din metal aici este motivată de oportunitatea economică, deoarece aceasta mod de producție era mai puțin costisitoare. Cu ajutorul tehnologiilor adiționale, se produc organismele de lucru ale turbinelor și arborilor, implanturilor și endoprotezelor, pieselor de schimb pentru autoturisme și avioane.

Dezvoltarea producției rapide a fost, de asemenea, promovată de o extindere semnificativă a numărului de materiale disponibile pe bază de pulberi metalice. Dacă în 2000 au existat 5-6 tipuri de pulberi, acum este oferită o nomenclatură largă, calculată în zeci de compoziții din oțeluri structurale până la metale prețioase și aliaje rezistente la căldură.

tehnologie promițătoare și aditivi în inginerie mecanică, în cazul în care acestea pot fi utilizate la fabricarea de instrumente iprisposobleny pentru producția de serie - inserții pentru mașini de turnare prin injecție, matrițe, șabloane.

Ultimaker 2 - cea mai bună imprimantă 3D în 2016

În opinia revistei CHIP, care a efectuat testarea și a comparat caracteristicile de uz casnic 3D imprimante, cele mai bune imprimante 2016 modelul Ultimaker sunt 2 firme Ultimaker, Reniforce RF1000 firma Conrad si replicator Desktop 3D MakerBot companie de imprimantă.

Ultimaker 2+ în modelul său îmbunătățit utilizează tehnologia de modelare prin fuziune. Imprimanta 3D are cea mai mică grosime a stratului de 0,02 mm, un timp de calcul scurt, un cost redus de imprimare (2600 ruble pe 1 kg de material). Caracteristici cheie:

• dimensiunea camerei de lucru este de 223 x 223 x 305 mm;
• greutate - 12,3 kg;
• dimensiunea capului - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• temperatura capului - 180-260 ° C;
• rezoluția stratului este de 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 microni;
• viteza de imprimare - 8-24 mm³/ s;
• precizie XYZ - 12,5-12,55 microni;
• material - PLA, ABS, CPE cu diametrul de 2,85 mm;
• software - Cura;
• tipuri de fișiere acceptate - STL, OBJ, AMF;
• consumul de energie - 221 W;
• pret - 1 895 euro model de baza si 2 495 euro avansat.

Potrivit clienților, imprimanta este ușor de instalat și de utilizat. Ei note de înaltă rezoluție, pat de auto-reglementare, o mare varietate de materiale utilizate, utilizarea de software open source. Dezavantajele imprimantei includ un design deschis al imprimantei, care poate duce la arderea cu material fierbinte.

Imprimanta LulzBot Mini 3D

În revizuirea revistei PC Magazine Ultimaker 2 și Replicator Desktop 3D Printer se numără printre primele trei, dar aici a fost în primul rând imprimanta LulzBot Mini 3D a imprimantei. Specificațiile sale sunt următoarele:

• dimensiunea camerei de lucru este de 152 x 152 x 158 mm;
• greutate - 8,55 kg;
• temperatura capului - 300 ° C;
• grosimea stratului este de 0,05-0,5 mm;
• viteza de imprimare - 275 mm / s la o înălțime a stratului de 0,18 mm;
• material - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliester, nailon, policarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS, etc cu un diametru de 3 mm;
• software-ul - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl, etc;
• consumul de energie - 300 W;
• Prețul este de 1 250 de dolari SUA.

Sciaky EBAM 300

Una dintre cele mai bune mașini industriale de producție de aditivi este compania SAMAKY EBAM 300. Arma cu fascicul de electroni aplică straturi de metal la o viteză de până la 9 kg pe oră.

• dimensiunea camerei de lucru este de 5791 x 1219 x 1219 mm;
• presiunea în camera de vid - 1x10^-4 Thor;
• consum de energie - până la 42 kW la o tensiune de 60 kV;
• tehnologie - extrudare;
• material - titan și aliaje de titan, tantal, Inconel, tungsten, niobiu, din oțel inoxidabil, aluminiu, oțel, aliaj de cupru-nichel (70/30 și 30/70);
• volumul maxim este de 8605,2 litri;
• preț - 250 de mii de dolari SUA.

Tehnologii de aditivare în Rusia

Mașinile de clasă industrială din Rusia nu sunt produse. Până în prezent, numai dezvoltările în "Rosatom", centrul laser al MSTU. Universitatea Bauman, Stankin, Universitatea Politehnică din Sankt-Petersburg, Universitatea federală din Ural. "Voronezhselimmash", care produce imprimante 3D educative și de uz casnic "Alpha", dezvoltă o instalație industrială de aditivi.

Aceeași situație cu consumabilele. Liderul în dezvoltarea pulberilor și compozițiilor cu pulbere în Rusia este VIAM. Ei produc praf pentru tehnologii adiționale, utilizate la repararea lamelor de turbină, la cererea lui Perm Aviadvigatel. Progresul se realizează și în Institutul All-Rus al aliajelor ușoare (VILS). Dezvoltările sunt realizate de diverse centre de inginerie în toată Federația Rusă. Rostech, filiala Ural a Academiei de Științe din Rusia, Universitatea federală Ural, își dezvoltă propriile modele. Dar nu sunt în măsură să satisfacă chiar și o mică cerere de 20 de tone de pulbere pe an.

În acest sens, Guvernul a cerut Ministerului Educației, Ministerului Dezvoltării Economice, Ministerul Industriei, Ministerul Comunicațiilor, Academia Rusă de Științe, Fano, „Roscosmos“, „Rosatom“, „Rosstandart“, instituțiile de dezvoltare pentru a stabili un program de dezvoltare coordonată și de cercetare. În acest scop, se propune alocarea de alocări bugetare suplimentare, precum și analizarea oportunităților de cofinanțare din fondurile FNW și din alte surse. Se recomandă să sprijine noua tehnologie de producție, în Vol. H. Adăugarea, Mers, "RosNano" Fondul "Skolkovo", agenția de export "EXIAR", "Vnesheconombank". De asemenea, guvernul reprezentat de Ministerul Industriei și Comerțului va pregăti o secțiune a programului de stat pentru dezvoltarea și sporirea competitivității industriei.