Tehnologija proizvodnje dvostranih tiskanih pločica. Materijali aditivne industrije

U 3D utrci aktivno sudjeluju vodeće zemlje svijeta. Tako je 2012. godine u Youngstoneu, Ohio, otvoren National Additive Manufacturing Innovation Institute NAMII - prvi centar aditivne tehnologije od petnaest koji se stvaraju u Sjedinjenim Državama. Strojni park instituta već broji 10 aditivnih strojeva, od kojih su tri najsuvremenija stroja za izradu metalnih dijelova.

Terminologija i klasifikacija

Bit aditivne proizvodnje je kombiniranje materijala za stvaranje objekata iz podataka 3D modela, sloj po sloj. Po tome se razlikuju od konvencionalnih suptraktivnih proizvodnih tehnologija koje uključuju mehaničku obradu - uklanjanje tvari iz obratka.

Aditivnu tehnologiju klasificiraju:

• prema korištenim materijalima (tekućina, rasuti, polimer, metalni prah);
• prisutnošću lasera;
• metodom učvršćivanja konstrukcijskog sloja (toplinska izloženost, zračenje ultraljubičastim ili vidljivim svjetlom, sastav veziva);
• prema načinu stvaranja slojeva.

Postoje dva načina za formiranje sloja. Prvi je prvo sipati praškasti materijal na platformu i raširiti ga valjkom ili nožem kako bi se stvorio ravnomjeran sloj materijala određene debljine. Selektivna obrada praha se odvija laserom ili nekom drugom metodom povezivanja čestica praha (taljenje ili lijepljenje) prema trenutnom dijelu CAD modela. Konstrukcijska ravnina je nepromijenjena, a dio praha ostaje nedirnut. Ova metoda se naziva selektivna sinteza, a također i selektivno lasersko sinteriranje ako je alat za spajanje laser. Druga metoda je izravno odlaganje materijala na mjestu gdje se dovodi energija.

ASTM, organizacija koja razvija industrijske standarde, dijeli 3D aditivne tehnologije u 7 kategorija.

1. Ekstruzija materijala. Materijal u obliku paste, koji je mješavina veziva i metalnog praha, dovodi se do točke izgradnje kroz grijani ekstruder. Gotov sirovi model stavlja se u pećnicu da se ukloni vezivo i zapeče prah – baš kao u tradicionalnim tehnologijama. Ova aditivna tehnologija implementirana je pod robnim markama MJS (Multiphase Jet Solidification, višefazno jet stvrdnjavanje), FDM (Fused Deposition Modeling, modeliranje stapanjem sloj-po-sloj), FFF (Fused Filament Fabrication, proizvodnja spajanjem filamenata).
2. Prskanje materijala. Na primjer, u tehnologiji Polyjet, vosak ili fotopolimer se dovodi kroz višemlaznu glavu do točke izgradnje. Ova tehnologija aditiva također se naziva Multi jetting Material.
3. Prskanje veziva. To uključuje ink-jet Ink-Jet tehnologije za ubrizgavanje u zonu izgradnje ne modela materijala, već vezivnog reagensa (ExOne tehnologija aditivne proizvodnje).
4. Pločasti spoj je polimerni film, metalna folija, listovi papira itd. Koristi se, na primjer, u Fabrisonic ultrazvučnoj tehnologiji aditivne proizvodnje. Tanke metalne ploče zavaruju se ultrazvučno, nakon čega se višak metala uklanja glodanjem. Ovdje se koristi aditivna tehnologija u kombinaciji sa subtraktivnom tehnologijom.
5. Fotopolimerizacija u kadi. Tehnologija koristi tekuće materijale za modeliranje - fotopolimerne smole. Primjer je SLA tehnologija 3D Systemsa i DLP tehnologija Envisionteca i Digital Light Processiona.
6. Taljenje materijala u prethodno oblikovanom sloju. Koristi se u SLS tehnologijama koje koriste lasersku ili termalnu glavu kao izvor energije (SHS tvrtke Blueprinter).
7. Izravna opskrba gradilišta energijom. Materijal i energija za njegovo taljenje istovremeno stižu na mjesto izgradnje. Kao radno tijelo koristi se glava opremljena sustavom za opskrbu energijom i materijalom. Energija dolazi u obliku koncentriranog snopa elektrona (Sciaky) ili laserskog snopa (POM, Optomec,). Ponekad se glava montira na "ruku" robota.

Ova klasifikacija mnogo više govori o zamršenosti aditivnih tehnologija od prethodnih.

Područja primjene

Dinamika razvoja tržišta aditivnih tehnologija je ispred ostalih industrija. Njegov prosječni godišnji rast procjenjuje se na 27% i, prema IDC-u, iznosit će 26,7 milijardi dolara do 2019., u odnosu na 11 milijardi dolara u 2015. godini.

Međutim, AT tržište tek treba otključati svoj neiskorišteni potencijal u proizvodnji robe široke potrošnje. Do 10% sredstava tvrtke od troška proizvodnje proizvoda troši se na njegovu izradu prototipa. I mnoge su tvrtke već zauzele ovaj tržišni segment. Ali preostalih 90% ide u proizvodnju, stoga će stvaranje aplikacija za brzu proizvodnju robe biti glavni smjer razvoja ove industrije u budućnosti.

U 2014. godini udio brze izrade prototipova na tržištu aditivne proizvodnje, iako smanjen, ostao je najveći - 35%, udio brze proizvodnje je porastao i dosegao 31%, udio u izradi alata ostao je na 25%, ostalo bila je obuhvaćena istraživanjem i obrazovanjem.

Distribucija AT tehnologija po industrijskim sektorima je sljedeća:

• 21% - proizvodnja robe široke potrošnje i elektronike;
• 20% - automobilska industrija;
• 15% - medicina, uključujući stomatologiju;
• 12% - proizvodnja zrakoplova i svemirska industrija;
• 11% - proizvodnja sredstava za proizvodnju;
• 8% - vojna oprema;
• 8% - obrazovanje;
• 3% - građevinarstvo.

Amateri i profesionalci

Tržište AT tehnologije podijeljeno je na amatersko i profesionalno. Hobby tržište uključuje 3D printere i njihovo održavanje koje uključuje servis, potrošni materijal, softver, a namijenjeno je individualnim entuzijastima, edukaciji i vizualizaciji ideja te olakšavanju komunikacije u ranim fazama razvoja novog poslovanja.

Profesionalni 3D printeri su skupi i pogodni za naprednu reprodukciju. Imaju veliku konstrukcijsku površinu, produktivnost, točnost, pouzdanost i proširenu paletu modela materijala. Ovi strojevi su red veličine složeniji i zahtijevaju razvoj posebnih vještina u radu sa samim uređajima, s modelnim materijalima i softverom. Rukovatelj profesionalnog stroja u pravilu je stručnjak aditivne tehnologije s višom tehničkom naobrazbom.

Aditivne tehnologije u 2015

Prema Wohlers Report 2015., od 1988. do 2014. u svijetu su instalirana 79.602 industrijska 3D pisača. Istovremeno, 38,1% uređaja koji koštaju više od 5 tisuća američkih dolara je iz SAD-a, 9,3% iz Japana, 9,2% iz Kine i 8,7% iz Njemačke. Ostatak svijeta je daleko iza lidera. Od 2007. do 2014. godišnja prodaja stolnih pisača porasla je sa 66 na 139.584 uređaja. U 2014. godini 91,6% prodaje došlo je od stolnih 3D pisača, a 8,4% od industrijskih aditivnih proizvodnih jedinica, ali dobit od ovih strojeva činila je 86,6% ukupnog iznosa ili 1,12 milijardi USD u apsolutnom iznosu. Na stolna računala otpada 173,2 milijuna dolara i 13,4%. U 2016. godini očekuje se porast prodaje na 7,3 milijarde dolara, u 2018. godini na 12,7 milijardi dolara, au 2020. godini tržište će dosegnuti 21,2 milijarde dolara.

Prema Wohlersu, FDM tehnologija je prevladavajuća, s gotovo 300 marki diljem svijeta, s novim modifikacijama koje se svakodnevno dodaju. Neki od njih prodaju se samo lokalno, pa je vrlo teško, ako ne i nemoguće, pronaći podatke o broju marki proizvedenih 3D printera. Sa sigurnošću možemo reći da se njihov broj na tržištu svakim danom povećava. Postoji velika raznolikost u veličini i korištenoj tehnologiji. Primjerice, berlinska tvrtka BigRep proizvodi ogroman FDM printer BigRep ONE.2 po cijeni od 36 tisuća eura, koji može ispisivati ​​objekte dimenzija do 900 x 1055 x 1100 mm s rezolucijom od 100-1000 mikrona, dva ekstrudera i mogućnost korištenja različitih materijala.

Industrija - za

Zrakoplovna industrija ulaže velika sredstva u aditivnu proizvodnju. Korištenje aditivnih tehnologija smanjit će potrošnju materijala koji se troši na proizvodnju dijelova za 10 puta. Očekuje se da će GE Aviation tiskati 40.000 injektora godišnje. A Airbus planira do 2018. tiskati do 30 tona dijelova mjesečno. Tvrtka bilježi značajan napredak u karakteristikama ovako proizvedenih dijelova u odnosu na tradicionalni. Ispostavilo se da nosač, koji je dizajniran za 2,3 tone opterećenja, zapravo može izdržati opterećenje do 14 tona, a svoju težinu smanjiti za pola. Tvrtka također tiska dijelove od aluminijskog lima i priključke za gorivo. Airbusovi zrakoplovi imaju 60 tisuća dijelova isprintanih na Stratasysovim Fortus 3D printerima. Druge tvrtke u zrakoplovnoj industriji također koriste tehnologije aditivne proizvodnje. Među njima su: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce i SpaceX.

Digitalne aditivne tehnologije već se koriste u proizvodnji raznih potrošačkih proizvoda. Tvrtka za usluge aditivne proizvodnje Materialize surađuje s tvrtkom Hoet Eyeware na proizvodnji naočala za korekciju vida i sunčanih naočala. 3D modele pružaju mnoge usluge u oblaku. Samo 3D Warehouse i Sketchup nude 2,7 milijuna dizajna. Ni modna industrija nije izostavljena. RS Print koristi sustav koji mjeri pritisak potplata za ispis prilagođenih uložaka. Dizajneri eksperimentiraju s bikinijima, cipelama i haljinama.

Brza izrada prototipova

Brza izrada prototipa odnosi se na izradu prototipa proizvoda u najkraćem mogućem vremenu. To je jedna od glavnih primjena tehnologija aditivne proizvodnje. Prototip je prototip proizvoda koji je potreban za optimizaciju oblika dijela, procjenu njegove ergonomije, provjeru izvedivosti montaže i ispravnost tlocrtnih rješenja. Zbog toga skraćivanje vremena izrade dijela može značajno smanjiti vrijeme razvoja. Prototip može biti i model namijenjen za provođenje aero- i hidrodinamičkih ispitivanja ili ispitivanje funkcionalnosti dijelova kućišta kućanske i medicinske opreme. Mnogi prototipovi nastaju kao istraživački dizajnerski modeli s nijansama u konfiguraciji, bojama itd. Jeftini 3D pisači koriste se za brzu izradu prototipova.

Brza proizvodnja

Aditivne tehnologije u industriji imaju veliku perspektivu. Mala proizvodnja proizvoda složenih geometrija i od specifičnih materijala uobičajena je u brodogradnji, elektroenergetici, rekonstruktivnoj kirurgiji i dentalnoj medicini te zrakoplovnoj industriji. Izravan uzgoj metalnih proizvoda ovdje motiviran je ekonomskom isplativošću, budući da se pokazalo jeftinijim. Koristeći aditivne tehnologije proizvode radne dijelove turbina i vratila, implantate i endoproteze, rezervne dijelove za automobile i zrakoplove.

Razvoj brze proizvodnje također je bio olakšan značajnim povećanjem broja dostupnih metalnih praškastih materijala. Ako je 2000. bilo 5-6 vrsta prahova, sada se nudi širok raspon, koji broji desetke sastava od konstrukcijskih čelika do plemenitih metala i legura otpornih na toplinu.

Aditivne tehnologije također su perspektivne u strojogradnji, gdje se mogu koristiti u izradi alata i uređaja za masovnu proizvodnju - umetaka za strojeve za injekcijsko prešanje, kalupa, šablona.

Ultimaker 2 je najbolji 3D printer 2016

Prema časopisu CHIP, koji je testirao i uspoređivao performanse potrošačkih 3D pisača, najbolji pisači 2016. su Ultimakerov Ultimaker 2, Conradov Reniforce RF1000 i MakerBotov Replicator Desktop 3D printer.

Ultimaker 2+ u svom poboljšanom modelu koristi tehnologiju modeliranja taloženja. 3D printer odlikuje najmanja debljina sloja od 0,02 mm, kratko vrijeme izračuna i niska cijena ispisa (2600 rubalja po 1 kg materijala). Glavne karakteristike:

• veličina radne komore - 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 - 150-60/200-20/400-20/600-20 mikrona;
• brzina ispisa - 8-24 mm 3 / s;
• XYZ točnost - 12,5-12,55 mikrona;
• materijal - PLA, ABS, CPE promjera 2,85 mm;
• softver - Cura;
• podržane vrste datoteka - STL, OBJ, AMF;
• - 221 W;
• cijena - 1.895 eura osnovni model i 2.495 eura produženi.

Prema recenzijama kupaca, pisač je jednostavan za instalaciju i korištenje. Primjećuju visoku rezoluciju, samopodešavajući krevet, širok izbor korištenih materijala i korištenje softvera otvorenog koda. Nedostaci pisača uključuju otvoreni dizajn pisača, što može dovesti do opeklina od vrućeg materijala.

LulzBot Mini 3D pisač

Recenzija časopisa PC Magazine također je uključila Ultimaker 2 i Replicator Desktop 3D printer među prva tri, ali je LulzBot Mini 3D printer izbio na prvo mjesto. Njegove specifikacije su:

• veličina radne komore - 152 x 152 x 158 mm;
• težina - 8,55 kg;
• temperatura glave - 300 ° C;
• debljina sloja - 0,05-0,5 mm;
• brzina ispisa - 275 mm/s s visinom 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 - 1.250 američkih dolara.

Sciaky EBAM 300

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

• veličina radne komore - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• tlak vakuumske komore - 1x10 -4 Torr;
• potrošnja energije - do 42 kW pri naponu od 60 kV;
• tehnologija - ekstruzija;
• materijal - titan i legure titana, tantal, Inconel, volfram, niobij, nehrđajući čelik, aluminij, čelik, legura bakra i nikla (70/30 i 30/70);
• maksimalni volumen - 8605,2 l;
• cijena - 250 tisuća američkih dolara.

Aditivne tehnologije u Rusiji

Strojevi industrijske klase ne proizvode se u Rusiji. Zasad se razvoj odvija samo u Rosatomu, laserskom centru MSTU-a. Bauman, Sveučilište Stankin, Politehničko sveučilište St. Petersburg, Uralsko federalno sveučilište. Voronezhselimmash, koji proizvodi Alpha obrazovne i kućanske 3D pisače, razvija industrijsku instalaciju aditiva.

Ista situacija vrijedi i za potrošni materijal. Lider u razvoju pudera i puderastih sastava u Rusiji je VIAM. Proizvodi prah za aditivne tehnologije, koji se koriste u restauraciji lopatica turbina, a naručio ih je Perm Aviadvigatel. Sveruski institut za lake legure (VILS) također napreduje. Razvoj provode različiti inženjerski centri diljem Ruske Federacije. Rostec, Uralski ogranak Ruske akademije znanosti i UrFU provode vlastite razvoje. Ali svi oni ne mogu zadovoljiti niti malu potražnju od 20 tona praha godišnje.

U tom smislu Vlada je zadužila Ministarstvo obrazovanja i znanosti, Ministarstvo gospodarskog razvoja, Ministarstvo industrije i trgovine, Ministarstvo telekomunikacija i masovnih komunikacija, Rusku akademiju znanosti, FANO, Roscosmos, Rosatom, Rosstandart i razvojne institucije za stvaranje koordiniranog razvojnog i istraživačkog programa. U tu svrhu predlaže se izdvajanje dodatnih proračunskih sredstava, kao i razmatranje mogućnosti sufinanciranja iz Fonda nacionalne skrbi i drugih izvora. Preporuča se podržati nove, uključujući aditivne, RVC, Rusnano, Zakladu Skolkovo, izvoznu agenciju EXIAR i Vnesheconombank. Također, Vlada, koju predstavlja Ministarstvo industrije i trgovine, pripremit će dio državnog programa za razvoj i poboljšanje industrijske konkurentnosti.

Majstor je dobar onoliko koliko je dobar njegov alat. Isto tako, 3D printer je dobar onoliko koliko je dobar softver koji koristi. Svi smo čuli za aditivnu proizvodnju (AM), ali da bi tehnologija prešla s brze izrade prototipova na masovnu proizvodnju, mora svladati mnoge prepreke.

Bez sumnje, jedna od najvećih prepreka pretvaranju 3D ispisa u proizvodni proces su ograničenja povezana s materijalima. Prešli smo dug put od vremena kada su se koristili samo brendirani plastični konci. Metal AM se posljednjih godina ubrzano razvija, a trend otvorenih smolastih platformi za 3D ispis potiče mnoge igrače, poput DuPonta, na stvaranje novih aplikacija materijala za tržište aditiva.

Stanje industrije aditivne proizvodnje

O rastu AP tržišta u zadnjih deset godina ne moramo ni govoriti. Štoviše, trenutačne prognoze sugeriraju da će tržište 3D ispisa nastaviti nadmašivati ​​tradicionalne proizvodne tehnologije kao što su injekcijsko prešanje i CNC strojevi. Izgledi za metalni AM još su optimističniji, što objašnjava zašto su tvrtke poput Vulcan Laboratories, koje su se prethodno usredotočile na polimerni AM, počele ulagati u metalni AM.

Izvanredne promjene u AM industriji lakše je cijeniti kada uzmete u obzir koliko je industrija napredovala u tako kratkom vremenu. “U 2008. 3D printanje radilo je nekoliko tvrtki, proizvodeći nekoliko printera godišnje u istraživačke svrhe. Ali sada se cijela industrija kreće puno drugačijim tempom nego što je bila prije 10 godina,” kaže John Kawola, predsjednik Ultimakera.

Gordon Styles, predsjednik i osnivač Star Rapida, primijetio je promjene u AM materijalima. "Prije deset godina nikad ne bih mogao zamisliti da možete ispisivati ​​s materijalima koji su vrlo izdržljivi, kemijski otporni i reflektiraju toplinu", kaže on. — Tako je bilo donedavno, ali startup Markforged radi upravo to. Umjesto većih korporacija koje nude ovu tehnologiju, Markforged je prvi stvorio dijelove od oniksa, pa čak koristi kevlar, ugljična vlakna i HSHT vlakna od stakloplastike.”

Kao što kažu Kavola i Stiles, kontrast između 2008. i 2018. u industriji 3D ispisa je oštar. U deset godina prešli smo s nekoliko tvrtki na stotine i vidjeli smo kako mogućnosti 3D ispisa na stolnim računalima eksplodiraju dok cijena strmoglavo pada. I otišli smo od teoretskih rasprava o upotrebi metala i drugih materijala u 3D ispisu, do aditivne proizvodnje dijelova za zrakoplovnu industriju.

Koluti konca, umotani u celofan radi zaštite od vlage

Usporedbe radi, dok je Motorola RAZR V3 bio najpopularniji telefon svog vremena, 2008. smo već imali iPhone, Facebook, Twitter i druge. U smislu tehnologije proizvodnje, 2008. je bila godina kada je na IMTS-u predložen otvoreni komunikacijski standard MTConnect.

Ostali novi proizvodi na IMTS 2008 uključivali su višenamjenske alatne strojeve i strojnu obradu plastike i kompozitnih materijala. Sve su te tehnologije napredovale u proteklih deset godina, ali nijedna se ne može usporediti s eksplozivnim rastom AM-a koji smo vidjeli i nastavljamo vidjeti danas.

Materijali aditivne industrije

Prema izvješću Wohlers 2017., tržište AM materijala poraslo je za 17 posto od 2016. godine. To je sporije od ukupnog rasta tržišta AM polimera, koje je raslo po ukupnoj godišnjoj stopi rasta (CAGR) od 29 posto od 2010. do 2017. godine. To ne treba čuditi: tržište materijala još nije uspostavljeno i puno je lakše izdati novi 3D printer nego razviti novi materijal za ispis.

Materijalna raznolikost i dalje je problem u AM-u, iako ne toliko izražen kao prije desetak godina. "Ako se vratite u 2008. godinu, gotovo svaka tvrtka koristila je plastiku robne marke kao materijal", objašnjava Kawola. – Za dobavljača, kada je potrošač mogao kupovati samo od vas, prihod je bio velik. Ali ako uzmete materijale s kojima se tada radilo, onda ih je bilo možda na desetke, a ne stotine, kao sada.”

Korištenje zaštićenih materijala dobar je način za održavanje monopola, ali sprječava razvoj novih materijala. Ako kupac nema izbora i mora kupovati samo kod vas, onda nije važno nudi li vaša konkurencija neki drugi materijal s boljim mogućnostima, jer je barijera kupcu da prijeđe na njega – kupnja novog 3D printera – previsoka.

Ova segmentacija tržišta također obeshrabruje inovacije među dobavljačima materijala. Ako ste DuPont, puno je isplativije razviti materijale za 3D ispis na bazi najlona koji se mogu koristiti na raznim pisačima nego stvoriti prilagođenu formulu za svaku marku.

Srećom, tržište AM materijala postalo je mnogo otvorenije posljednjih godina, kako Stiles objašnjava: “Danas vidimo da je većina proizvođača pisača otvorena za razvoj i korištenje sirovina kupaca i trećih strana. To može biti zbog broja jeftinih konkurenata i činjenice da su razvoj i testiranje novih materijala skupi i mogu imati vrlo specijalizirane primjene. To posebno vrijedi za metalne legure.”

"Zato se industrija 3D ispisa—uključujući tvrtke poput Ultimakera i HP-a—pomaknula prema otvorenim materijalnim platformama posljednjih godina", kaže Kawola. “Ovo je otvorilo vrata velikim tvrtkama za materijale diljem svijeta - DuPont, Dow, Owens Corning, Mitsubishi, DSM i mnoge druge. Mislim da ovo igra veliku ulogu u guranju 3D ispisa u proizvodnju jer vodeći ljudi u svijetu smola počinju uzimati materijale za injekcijsko prešanje i prilagođavati ih za 3D ispis."

Ali kada se koristi AM u proizvodnji, ostaje problem certificiranja materijala. "Provjera materijala za AM i dokazivanje da su dobiveni proizvodi jednako dobri, ako ne i bolji, od proizvoda proizvedenih tradicionalnim metodama glavna je prepreka primjeni AM-a u proizvodnji", kaže Stiles. “Ovo zahtijeva novac i vrijeme. U proizvodnom okruženju potrebno je dokazati sposobnost postizanja iste kvalitete među različitim dobavljačima, te distribuciju i povećanje njihovog broja."

„Visoke, dosljedne zahtjeve kvalitete za sirovine teško je ispuniti uz široku bazu opskrbe, a da ne spominjemo razlike u proizvodnoj tehnologiji i izvorima sirovina koji se koriste među dobavljačima. Sve te faktore treba uzeti u obzir”, dodaje.

Mogućnosti materijala za aditivnu proizvodnju definitivno rastu kako se uključuju veliki dobavljači materijala, ali koji su materijali danas doista prikladni za primjenu u proizvodnji?

Vrste materijala za AM

Iako postoje mnogi materijali koji se mogu koristiti u AM-uključujući pijesak, staklo, keramiku, pa čak i čokoladu-ovaj će se članak usredotočiti samo na dvije kategorije materijala koji igraju najveću ulogu u proizvodnim primjenama: polimeri (kao što je termoplastika) i metali.

Metalni materijali za 3D ispis

Tržište metalnih AM raslo je čak brže od cjelokupnog AM tržišta, a razlog tome su materijali. Za razliku od polimernih 3D printera, koji zahtijevaju razvoj potpuno nove grane materijala, metalni 3D printeri rade sa žicom ili (češće) metalnim prahom, koji se dobiva od postojećih dobavljača.

Naravno, ako trebate proizvesti visokokvalitetne metalne dijelove, trebate koristiti prah posebno dizajniran za AM, tj. u kojem se održavaju jednake veličine čestica. Međutim, korištenje sličnih materijala za presvlačenje metala i 3D printanje pridonijelo je razvoju industrije praha. To znači da je moguće proizvesti metalne dijelove AM tehnologijom od istog materijala od kojeg su bili izrađeni prije.

Sam po sebi, AM pruža nove mogućnosti za materijale koji se nisu koristili u tradicionalnoj proizvodnji. Na primjer, neke metode 3D ispisa metala omogućuju vam nanošenje slojeva različitih metala - aluminija, tantala i nikla - u proizvodnji jednog dijela. S druge strane, proces 3D printanja također uvodi nove probleme i izvore grešaka, uključujući poroznost, zaostala naprezanja i deformacije.

Ali općenito, ako se metal dobro ponaša kada je zavaren ili izliven, prikladan je i za AM. Kao što je gore navedeno, već postoji širok raspon metala i legura koji se mogu koristiti u 3D ispisu, bilo u obliku praha ili žice. To uključuje:

• Aluminij
• Kobalt
• Inconel
• nikal
• Plemeniti metali (zlato, srebro, platina)
• Ne hrđajući Čelik
• Tantal
• Titanij
• Alatni čelik
• Volfram.

Pogledajmo pobliže tri metala s ovog popisa.

Dodatna proizvodnja s titanom

Titan je jedan od najpopularnijih materijala za 3D ispis u proizvodnji, posebno u zrakoplovnoj i medicinskoj primjeni. Kombinira lakoću aluminija sa čvrstoćom čelika i nije otrovan. Međutim, ove prednosti suprotstavljene su relativno visokom cijenom titana. Stoga smanjenje otpada čini AM atraktivnom opcijom za proizvodnju dijelova od titana.

Titan u prahu lako se zapali i eksplodira u kontaktu s vodom, na temperaturama većim od 700o C. Iz tog razloga se 3D ispis titanijem u prahu izvodi u vakuumskim ili argonskim komorama. Također je moguće napraviti 3D ispis pomoću taljenja elektronskim snopom (EBM) titanijske žice, čime se eliminira rizik od eksplozivne reakcije.

Dvije najčešće legure titana koje se koriste u AM su 6Al-4V i 6Al-4V ELI.

3D ispis s aluminijem

Aluminij, lagan i svestran metal, može se koristiti za 3D ispis zrakoplovnih komponenti i dijelova trkaćih automobila. Iako nema snagu čelika, aluminij je mnogo lakši i otporniji na koroziju. Također su skuplji od čelika, iako ne toliko kao titan.

Glavna prednost korištenja aluminija u 3D ispisu je mogućnost izrade dijelova s ​​malim elementima i tankim stjenkama (do 50 mikrona). Aluminijski dijelovi izrađeni AM metodama imaju više teksturiranu, mat površinu, za razliku od polirane površine kod proizvodnje aluminijskih dijelova na strojevima

Uobičajena aluminijska legura za 3D ispis je AlSi10Mg.

Proizvodnja aditiva od nehrđajućeg čelika

U usporedbi s aluminijem, titanom i većinom drugih metala na ovom popisu, nehrđajući čelik je pristupačnija opcija. Može se koristiti za 3D ispis vodootpornih dijelova visoke čvrstoće i gustoće i koristiti u ekstremnim okruženjima kao što su mlazni motori zrakoplova i projektila. Provedene su studije o primjenjivosti nehrđajućeg čelika 316L za proizvodnju posuda nuklearnih reaktora korištenjem AM. Iako je čelik 316L općenito podložan ne-toplinskoj obradi, Renishawovo izvješće sugerira da AM proces proizvodi jače legure od kovanja metala, proizvodeći vlačne sile veće od 600 MPa. Dijelovi od nehrđajućeg čelika izrađuju se na 3D printeru ili izravnim taloženjem metala ili korištenjem kompozitnog materijala s vezivom. Dijelovi se mogu premazati drugim metalima kako bi se promijenio izgled ili svojstva površine.

Uobičajene legure nehrđajućeg čelika koje se koriste u AM su 17-4PH, 15-5-PH, ASM 316L i 304L.

Termoplastični materijali za 3D ispis

Tržište materijala za termoplastične ili polimerne AM razvijalo se nekoliko desetljeća, a s pojavom trendova prema otvorenim platformama za 3D materijale za ispis postalo je stabilnije. Kao što kaže Kawola, “OEM proizvođači kupuju materijale za injekcijsko prešanje od velikih tvrtki za proizvodnju plastike. Ako te tvrtke također proizvode filament ili prah za 3D ispis, onda se oni mogu koristiti u 3D printerima u fazi izrade prototipa, a zatim se isti materijali mogu koristiti za injekcijsko prešanje. Ideja je relativno nova i pojavila se tek posljednjih godina.”

Korištenje istih materijala za 3D ispis i injekcijsko prešanje daje brojne prednosti. To uključuje sigurnost korištenja istih materijala tijekom cijelog procesa, od prototipova do proizvodnje. Postoje i manje očite prednosti, poput nepostojanja dodatnog certificiranja materijala, što povećava vrijeme za njihovo prihvaćanje.

"Postupci injekcijskog prešanja i 3D ispisa za izradu istog dijela su različiti, ali ako se koristi isti materijal, tada tvrtka ima koristi od usvajanja AM tehnologija", kaže Kawola.

Stiles ističe pojavu jednog popularnog materijala: "Ove smo godine vidjeli uvođenje PEEK-a, bezbojnog, organskog, termoplastičnog polimera za razne proizvodne sustave", kaže on. — PEEK je vrlo popularan u automobilskoj, medicinskoj, zrakoplovnoj i kemijskoj industriji. Otporan je na udarce (tvrd), jak, izdržljiv, ima točku topljenja iznad 300°C i odobren je od FDA za upotrebu u kontaktu s hranom.”

Popis polimernih materijala za 3D ispis puno je duži od popisa metala, ali među najpopularnijim materijalima su sljedeći:

• Acetal
• Akrilno vlakno
• Akrilonitril butadien stiren (ABS)
• Akrilonitril stiren akrilat (ASA)
• Udarni polistiren (HIPS)
• Najlon
• Polikarbonat (PC)
• Polietereterketon (PEEK)
• Polietilen tereftalat (PET)
• Polietilen tereftalat trimetilen (PETT)
• Polietilen tereftalat modificiran glikolom (PET-G)
• Polilaktid (PLA)
• polipropilen (PP)
• polivinil alkohol (PVA)
• Termoplastični elastomer (TPE)
• Polieterimid ULTEM

Kao iu slučaju metala, detaljno ćemo razmotriti tri materijala s ovog popisa.

AP s akrilonitril butadien stirenom (ABS)

ABS je još uvijek vrlo popularan materijal za 3D ispis. Iako je PLA općenito popularniji, ABS je gotovo uvijek bolji za proizvodnju zbog svoje čvrstoće, izdržljivosti i niske cijene. Da bi se koristio na 3D printeru, ABS se mora zagrijati na relativno visoku temperaturu od 230-250°C i stoga zahtijeva da se baza pisača zagrije kako bi se osiguralo pravilno hlađenje i spriječilo savijanje.

Dijelovi od ABS-a proizvode se modeliranjem taloženja (FDM), lijepljenjem sloj po sloj, stereolitografijom (SLA) ili ispisom fotopolimera. Glavni nedostatak ABS-a je njegova toksičnost, otpuštanje otrovnih para kada dosegne točku taljenja. 3D tiskani dijelovi od ABS-a često se koriste za lijevanje krajnjih proizvoda ili aplikacije alata.

3D ispis najlonom

Najlon (poliamid) je sintetski polimer. Jači je od ABS-a, iako je skuplji. Fleksibilan je i pokazuje izvrsnu memoriju materijala. Slojno lijepljenje dijelova proizvedenih na 3D printeru također diže najlon na iznadprosječnu razinu.

Osjetljivost najlona na vlagu zahtijeva njegovu upotrebu u AM bilo u vakuumu ili na visokoj temperaturi. Mora se čuvati u hermetički zatvorenim spremnicima. Neki dijelovi od najlona mogu se skupiti, što ga čini manje preciznim materijalom od ABS-a.

Popularne marke najlona za AP: Taulman 618, Taulman 645 i Bridge Nylon.

Aditivna proizvodnja s polikarbonatom (PC)

Polikarbonat (robna marka Lexan) je lagan i gust materijal s izvrsnom vlačnom čvrstoćom. Njegova prozirnost omogućuje korištenje za razne primjene, čak i u proizvodnji sunčanih naočala. PC ojačan ugljikom može se koristiti za izradu usisnih grana i drugih dijelova izloženih visokim temperaturama.

PC se otapa u diklormetanu i tali na temperaturi od 260-300°C, što je dosta visoko za 3D ispis. Unatoč svojoj prozirnosti, PC se po potrebi može obojiti. Poput ABS-a, potrebno je zagrijavanje baze pisača kako bi se pospješilo spajanje i smanjilo savijanje.

Materijali za 3d printanje

Unatoč svom napretku, 3D ispis ostaje više nišna tehnologija nego mainstream tehnologija. Kawola objašnjava trenutačno mjesto AM-a u sektoru u cjelini promatrajući dvije krajnosti proizvodnog spektra;

“Jedna krajnost je izrada Lego komada za pola centa svaki”, kaže on. - Ovdje se nikada nećete moći natjecati koristeći 3D printanje, barem ne za mog života. Druga krajnost je korištenje 3D printanja u stomatologiji, gdje se sve radi u jednom primjerku. Stoga je najbolja prilika za 3D ispis u proizvodnji tamo gdje se proizvede 100 do 1000 dijelova.”

Kad je riječ o materijalima, Stiles ističe jedan aspekt koji treba uzeti u obzir. “Ljudi moraju znati cijenu sirovina i proizvodnje”, kaže. “Mnogi ljudi jednostavno ne razumiju koliko AM proces može biti skup. Razumijevanje troškova može pomoći u donošenju informiranih odluka o korištenju tradicionalnih tehnologija 3D ispisa kao što su injekcijsko prešanje ili CNC obrada."

Značajne prednosti aditivne metode u odnosu na subtraktivnu metodu su:

veća pouzdanost, budući da se vodiči i oplata rupa dobivaju u jednom galvanskom postupku;

ujednačenost veza između vodiča i metalizacija rupe;

nema jetkanja;

nedostatak galvanske zaštitne prevlake tijekom jetkanja; ušteda bakra, kemikalija za dekapiranje i smanjenje troškova neutralizacije otpadnih voda;

pojednostavljenje tehnološki proces.

U nastavku ćemo razmotriti dvije glavne mogućnosti aditivne metode proizvodnje tiskanih pločica: kemijsku i kemijsko-galvansku. U prvoj se opciji vodljivi slojevi dobivaju na temelju redukcijskog taloženja; ovaj proces u usporedbi s drugim nestrujnim

Metode vam omogućuju nanošenje vrlo debelih slojeva (do 10 µm)

Uz gore navedene opće prednosti, aditivna metoda ima i neke posebne značajke. Debljina sloja je ujednačena u otvorima i na površini, a naneseni slojevi bakra pokazuju dobra mehanička i fizikalna svojstva (tvrdoća, otpornost na trošenje, lemljivost). Nedostaci metode su visoka cijena proizvoda (3-4 puta veća nego kod galvanskog taloženja) i niska brzina taloženja.

Kako bi se uklonili nedostaci kemijske metode, često se koriste kombinirane metode. U tom slučaju se na površini nefolijskog dielektrika najprije kemijski dobije sloj bakra debljine do 5 µm, povezan s podlogom, koji tijekom naknadne selektivne galvanske obrade služi kao uzorak tiskanih vodiča, a nakon po završetku nadogradnje, ugraviran je gdje je to potrebno. TLrinsht i prikazane su najvažnije operacije ove metode.

Nedostatak je nejednaka debljina prevlake u rupama zbog neravnomjerne raspodjele gustoće struje galvanskih kupki i pojava prijelazne zone između kemijski reduciranog i galvanski nanesenog bakra.

Aktivacija dielektrika potrebnog za kemijsko taloženje može se postići kako uključivanjem katalizatora u dielektrik tijekom njegove proizvodnje, tako i korištenjem otopina kositrenog diklorida i paladijevog klorida. Kada koristite dielektrik s ugrađenim katalizatorom, prva operacija nakon bušenja rupa je stvaranje negativnog uzorka shema na bazi fotorezista"

Stoga se u redukcijskoj kupelji taloži samo uzorak tiskanih vodiča, a rupe su metalizirane. Budući da se aktivacija otopinama može provesti samo na cijeloj površini tiskane pločice, stvaranje zaštitnog reljefa moguće je tek nakon stvaranja sloja bakra debljine 5 mikrona. Nakon kemijskog ili galvanskog poboljšanja bakra, potrebna je relativno kratka operacija jetkanja kako bi se uklonio sloj bakra debljine 5 µm s neželjenih područja.

Dodatna metoda posebno je ekonomična u izradi MPP-ova s ​​metaliziranim rupama, jer sve njezine prednosti najviše dolaze do izražaja pri dobivanju uzoraka pojedinih slojeva i vanjskih uzoraka tiskane pločice s odgovarajućim metaliziranim rupama.

Aditivne tehnologije jedan su od glavnih svjetskih trendova koji se spominje u kontekstu nove industrijske revolucije. Godišnji rast ovog tržišta, koje zapravo još nije formirano i nema jasne granice, varira između 20-30%.

Tako je vodeća konzultantska tvrtka u industriji 3D printanja Wohlers Associates izvijestila u sljedećem godišnjem izvješću ( Wohlers Report 2017), da je industrija aditivne proizvodnje porasla u 2016. za 17,4% (u 2015. - za 25,9%) i sada iznosi preko 6 milijardi dolara, ako je u 2014. 49 tvrtki proizvodilo 3D printing sustave, krajem prošle godine, broj proizvođača porastao je na 97. Stručnjaci daju najoptimističnije prognoze - prema analitičkoj tvrtki Context, tržište aditivnih tehnologija dosegnut će 17,8 milijardi dolara do 2020. godine. Analitičari The Boston Consulting Group izračunali su da ako do 2035. tvrtke uspiju implementirati 3D ispis barem 1,5% svojih ukupnih proizvodnih kapaciteta, tada će veličina tržišta do tada premašiti 350 milijardi dolara.

Razumljivo je uzbuđenje oko ove teme. Za razliku od tradicionalnih tehnologija obrade metala, aditivna proizvodnja se ne temelji na oduzimanju, već na dodavanju materijala. Izlaz su dijelovi složenih geometrijskih oblika, izrađeni u kratkom vremenu. Kada se brzina proizvodnje proizvoda udeseterostruči i troškovi radikalno promijene, to mijenja cjelokupnu ekonomiju strojarstva.

Što pojeftinjuje proizvodnju? Prvo, smanjuje se broj komponenti dijelova koji se stvaraju. Na primjer, za proizvodnju brizgaljke goriva za mlazni motor konvencionalnom metodom potrebno je nabaviti oko 20 različitih dijelova i spojiti ih zavarivanjem, što je radno intenzivan i skup proces. Korištenje 3D ispisa omogućuje izradu mlaznice iz jednog komada.

Time se također smanjuje težina gotovog dijela, što je posebno vrijedno za zrakoplovnu industriju. Proizvođači zrakoplovnih motora već su naučili kako stvoriti različite nosače i čahure pomoću aditivnih metoda, koji su 40-50% lakši od svojih "tradicionalnih" kolega i ne gube svoje karakteristike čvrstoće. Moguće je smanjiti težinu pojedinih dijelova u helikopterskoj industriji za gotovo polovicu, na primjer, onih povezanih s upravljanjem repnim rotorom ruskog helikoptera Ansat. Već su se pojavili prvi prototipovi 3D printanih četverocilindričnih automobilskih motora koji su 120 kg lakši od standardnih analoga.

Još jedna važna točka je štednja sirovina i smanjenje otpada. Zapravo, sama bit aditivnih tehnologija je koristiti točno onoliko materijala koliko je potrebno za izradu određenog dijela. Kod tradicionalnih metoda proizvodnje gubici sirovina mogu biti i do 85%. Ali možda je najvažnija prednost aditivnih tehnologija to što se 3D računalni modeli dijelova mogu odmah prenijeti preko mreže na mjesto proizvodnje bilo gdje u svijetu. Time se mijenja i sama paradigma industrijske proizvodnje - umjesto ogromnog pogona dovoljno je imati lokalni inženjerski centar s potrebnom 3D opremom.

Međutim, tako stvari stoje u teoriji. U praksi je područje aditivne proizvodnje priča o polivarijabilnosti, o tome kako su tehnologije ispred mogućih scenarija njihove primjene. Cijela napredna industrijska zajednica shvaća da u svojim rukama ima iznimno perspektivnu osnovnu tehnologiju, no što s njom učiniti ostaje otvoreno pitanje.

U sadašnjoj fazi glavni zadatak je upravo traženje područja primjene aditivnih tehnologija, a do sada nitko nije riješio taj problem. Odgovor na još jedno temeljno važno pitanje nije pronađeno: gdje je "razdjelnica" na kojoj uporaba aditivnih tehnologija postaje ekonomski učinkovitija od tradicionalnih, klasičnih metoda - štancanja i lijevanja? Na primjer, niti jedan od velikih svjetskih igrača u proizvodnji plinskih turbina, uključujući i one na ruskom tržištu, još nije odlučio koja će se od konkurentskih tehnologija u budućnosti koristiti za proizvodnju lopatica za zrakoplovne motore - aditivne tehnologije ili tradicionalne. lijevanje.

Programi podrške industriji aditiva u stranim zemljama svode se uglavnom na dva područja - financiranje istraživanja i razvoja i formiranje konzorcija koji ujedinjuju poduzeća, istraživačke centre i sveučilišta.

Na primjer, u Sjedinjenim Državama je 2012. godine osnovan Nacionalni institut za inovacije u aditivnoj proizvodnji ("America Makes") s ciljem ujedinjavanja napora američkih tvrtki i akademske zajednice uključenih u napredne proizvodne tehnologije. Ukupna cijena projekta bila je 70 milijuna dolara, od čega je 30 milijuna uložila država. Glavni kustos Instituta je Ministarstvo obrane SAD-a, stoga stvoreni akcelerator podržava inovativne razvoje također povezane s vojnom sferom. Kao što je, na primjer, 3D printani bacač granata RAMBO.

Gotovo jedan od deset 3D pisača proizvodi se u Kini, a predviđa se da će lokalno tržište aditivne proizvodnje rasti 40% godišnje kako bi premašilo 20 milijardi RMB do 2018. Koristeći tehnologiju 3D printanja s cementnim smjesama, Kinezi tiskaju čak i stambene zgrade i “urede budućnosti” na obalama Perzijskog zaljeva. Ključna struktura u zemlji, koja ujedinjuje nekoliko desetaka lokalnih inovacijskih centara, je China Industrial Alliance za tehnologije 3D ispisa.

Rusija još uvijek zaostaje za zemljama koje su tehnološki lideri po doprinosu ukupnom tržištu aditivnih tehnologija. Ali ovo zaostajanje ne bih nazvao kritičnim. Jednostavno zato što se globalna konkurentska borba ne odvija u "čišćenju" izravnog stvaranja aditivnih strojeva, printera i prašaka. Natjecanje se sastoji u pronalaženju tržišnih niša za korištenje aditivnih tehnologija. Pobjednik neće biti onaj tko poveća proizvodnju svojih aditivnih instalacija ili sirovina, već onaj tko razumije što točno treba tiskati, za koju namjenu iu kojim područjima će to donijeti maksimalan ekonomski učinak.

U žustrim raspravama koje se trenutno vode na temu razvoja aditivnih tehnologija obično se suprotstavljaju dvije krajnosti. Jedan od njih je “isprintat ćemo sve”: kuće, avione, tenkove, projektile. Druga krajnost je "sve aditivne tehnologije su ekonomski neučinkovite." I to je također jedan od ključnih sistemskih problema.

Danas je moguće jasno ocrtati samo takva područja primjene aditivnih tehnologija kao što su izrada prototipova i stvaranje dijelova s ​​iznimno složenom geometrijom. Primjerice, danas je na tržištu sustava za izradu prototipa više od 30 domaćih serijskih proizvođača 3D printera koji koriste tehnologiju ispisa plastičnim vlaknima. Godišnje proizvedu oko 5000 printera. Štoviše, udio ruskih komponenti u tim proizvodima je oko 70%.

U ovaj mali raspon područja možete dodati i brzu malu proizvodnju proizvoda po narudžbi. Međutim, proizvodnja krajnjih proizvoda i brza izrada prototipova dvije su različite "filozofije" proizvodnje. Aditivne tehnologije namijenjene su nadopuni tradicionalnih metoda obrade metala, a ne njihovoj zamjeni, kako predviđaju mnogi stručnjaci.

Što se sada događa s globalnom industrijom? Od velike industrije usmjerene na postizanje ekonomije razmjera, transformira se u globalnu, fleksibilnu mrežu prilagođene proizvodnje. Aditivne tehnologije također omogućuju modernoj proizvodnji da migrira iz proizvodnog u uslužni segment.

Jednostavan primjer koji je već implementiran u praksi je bespilotna letjelica za obrambene potrebe, kompletno isprintana na 3D printeru. Budući da su svi glavni procesi automatizirani tijekom projektiranja i proizvodnje, nema potrebe za držanjem velike zalihe rezervnih dijelova za ovu opremu u bilo kojoj tvornici. Umjesto slanja drona u tvornicu na popravak, potrebne komponente mogu se ispisati na licu mjesta. Lopatice motora još se ne tiskaju, ali se već popravljaju pomoću laserskog oblaganja prahom.

Čisto hipotetski, slična se paralela može povući s nosačem zrakoplova na krstarenju, ili s vlakom. Pisač koji je na raspolaganju serviserima pomogao bi modificirati ili popraviti određene dijelove, na primjer, iste oštrice. Tako će aditivne tehnologije najvjerojatnije zauzeti svoje mjesto u segmentu usluga, odražavajući jedan od glavnih trendova u razvoju suvremenih industrijskih tehnologija - prilagodbu proizvoda potrošaču.

U tom smislu, državna politika za razvoj ovog područja u Rusiji trebala bi se temeljiti na sljedećim glavnim pravcima. Prvo, to je stvaranje uvjeta za smanjenje rizika povezanih s pilot implementacijom aditivnih tehnologija. Konkretno, nedavno je na snazi ​​novi mehanizam subvencioniranja, prema kojem država poduzeću nadoknađuje 50% troškova koje ima u proizvodnji i prodaji pilot serija industrijskih proizvoda. Drugo, Fond za industrijski razvoj pruža podršku projektima u području aditivnih tehnologija, izdajući ciljane povlaštene zajmove tvrtkama od 50 do 500 milijuna rubalja uz 5% godišnje. Osim toga, sudionici na tržištu mogu se kvalificirati za financijsku potporu države za otplatu dijela nastalih troškova istraživanja i razvoja.

Potrebno je podržati poticajan razvoj u području aditivne proizvodnje, jer njihova primjena u suvremenoj industriji zahtijeva dugo traženje, putem pokušaja i pogrešaka, optimalnih niša za rješavanje specifičnih problema. Na primjer, možete stvoriti nešto poput "otvorene knjižnice" tehnoloških rješenja koja objašnjava kako se određeni dio može izraditi na određenom stroju koristeći određeni prah.

Drugi važan zadatak je stvaranje učinkovite platforme za interakciju između krajnjih kupaca i proizvođača materijala i opreme. Takav Centar aditivnih tehnologija već se stvara Rostec na temelju proizvođača plinskoturbinskih motora NPO Saturn, koji ima dugogodišnje iskustvo u području aditivnih tehnologija. Ideju o stvaranju centra podržali su najveći predstavnici ruske zrakoplovne industrije: Roscosmos, UAC, UEC, Helikopteri Rusije, Technodinamika, KRET itd.

Osim toga, tema aditivnih tehnologija prerogativ je startupa. Sada ih često jednostavno kupuju globalni tehnološki divovi. I teško je odrediti pravi motiv za donošenje ovih odluka: je li to iskrena želja za ulaganjem u obećavajući dodatni smjer ili je to jednostavno pokušaj povećanja vlastite kapitalizacije pravodobnim održavanjem modnog trenda.

Tako je prošle godine američki koncern General Electric za 1,4 milijarde dolara kupio dvije europske tvrtke specijalizirane za 3D printanje - švedski Arcam AB i njemački SLM Solutions Group AG. Korporacija Siemens povećala je svoj udio u britanskoj tvrtki Materials Solutions, specijaliziranoj za aditivne tehnologije u izgradnji plinskih turbina, na 85%. Početkom 2017. godine BMW, Google i Lowe's zajednički su uložili 45 milijuna dolara u američki startup Desktop Metal koji stvara inovativnu tehnologiju za 3D printanje metalnih proizvoda. Ukupno su investitori već uložili oko 100 milijuna dolara u ovaj projekt, a sastoji se od 75 inženjera i programera.

U tom smislu, važno je spriječiti situaciju u kojoj bismo mogli izgubiti naše uspješne ruske startupe u području aditivne proizvodnje. Naravno, nemoguće je bez osposobljavanja odgovarajućeg inženjerskog osoblja koje bi moglo stručno razumjeti što je preporučljivo tiskati i što je učinkovitije nastaviti raditi tradicionalnom metodom.

Dakle, glavni problem danas nije razviti moderni domaći 3D printer ili stvoriti visokokvalitetne prahove (tehnologija radi same tehnologije prilično je besmislena stvar), već ispravno primijeniti razvoje koji su već dostupni na tržištu na pravo mjesto. . Da bismo to učinili, moramo imati ruske tvrtke vozače koji će aktivno raditi s tim tehnologijama i primjenjivati ​​ih u praksi što učinkovitije i djelotvornije.

Riječ je o državnoj korporaciji Rosatom koja sada poseban naglasak stavlja na razvoj aditivnih tehnologija, formirajući vlastitu bazu opreme, materijala i tehnologija za izlazak na nova inozemna tržišta. To su naše vodeće tvrtke u zrakoplovnoj, raketnoj i svemirskoj industriji koje su se ujedinile na temelju centra aditivne tehnologije koji sam spomenuo. To je Rostec, koji uključuje United Engine Corporation (UEC), jednog od glavnih ruskih pokretača za implementaciju aditivnih tehnologija. Osim toga, u regijama se stvaraju inženjerski centri - "točke rasta" za inovativne tvrtke koje pomažu komercijalizirati razvoj i dovesti laboratorijske uzorke proizvoda u masovnu proizvodnju.

Sličnih primjera, prijelomnih na svoj način, već ima. Tehnologije aditiva uspješno su primijenjene u izradi dijelova za motor PD-14 za civilno zrakoplovstvo, kao i u projektiranju novog plinskoturbinskog motora za brodsku uporabu, čiji se početak serijske proizvodnje planira za 2017. godinu. U području industrijskog dizajna i brze izrade prototipova, ruski stručnjaci napredovali su u razvoju malog oružja i zrakoplovstva.

Ovo su primjeri uspješnog pronalaženja područja za korištenje aditivnih tehnologija. Već sada je očito da će medicina stopostotno postati dio te niše. Endoproteze, bioprinting, zubni mostovi, ortopedija... Ovdje već cvjetaju aditivne tehnologije. Ostale potencijalne industrije uključuju industriju alata (proizvodnja alata i šablona alata), svemir i zrakoplovstvo (lagani dijelovi složene geometrije, komponente turbina).

Aditivne tehnologije povezane su s traženjem specifičnih niša, ali tradicionalna obrada metala neće izgubiti svoju poziciju u nadolazećim godinama. Važno je ne propustiti moguću promjenu proizvodne paradigme u onim granama u kojima smo tradicionalno jaki, ali i tražiti nova područja primjene aditivnih tehnologija. Uostalom, nije ključno pitanje sustizanja i prestizanja konkurenata, već same izvedivosti ove utrke i razumijevanja jesmo li u određenom trenutku na dobrom putu.

Digitalna proizvodnja aditivnom metodom sastoji se od stvaranja sloj po sloj predmeta bilo koje složenosti. Aditivne tehnologije bitno se razlikuju od onih koje su se do nedavno koristile. Njihova glavna razlika je u tome što nisu suptraktivne, poput, na primjer, CNC metode obrade, već skupne. Drugim riječima, proizvod je sastavljen od dijelova napravljenih praškastim sastavom. U usporedbi s tehnikama lijevanja, štancanja ili CNC obrade, ova tehnologija povećava produktivnost do trideset puta, ali što je najvažnije, omogućuje proizvodnju dijelova koje je bilo nemoguće izraditi tradicionalnim metodama.

Inovativne 3D aditivne tehnologije omogućuju stvaranje modela bilo kojeg oblika i veličine, budući da se proces sinteze sloj po sloj odvija sloj po sloj. Ova metoda proizvodnje koristi metodu kao što je izrada prototipa. To omogućuje stvaranje ne gotovog objekta koji se može koristiti za određene svrhe, već njegovog prototipa, koji vam omogućuje procjenu mogućnosti i karakteristika modela, njegovih vanjskih podataka itd.

Prototipovi se mogu prezentirati kupcima i koristiti u marketinške svrhe. Na primjer, sajmovi automobila često koriste modele stvorene brzom izradom prototipova kako bi ih predstavili potencijalnim kupcima. Ova tehnologija omogućuje brzu i, što je najvažnije, jeftinu proizvodnju prototipova u usporedbi sa standardnim metodama proizvodnje.

Tehnologije aditivne proizvodnje naširoko se koriste za smanjenje troškova dizajna identificiranjem mogućih pogrešaka u ranim fazama dizajna. Osim toga, ova tehnologija skraćuje vrijeme izlaska na tržište poboljšavajući komunikaciju između kupca i dizajnera. Gotovo u potpunosti eliminira radno intenzivnu i dugotrajnu fazu proizvodnje prototipova.

Povijest razvoja i opseg primjene 3D aditivnih tehnologija

Mnogi 3D ispis smatraju izumom 21. stoljeća, no aditivna tehnologija ispisa nastala je osamdesetih godina prošlog stoljeća. A njezinim ocem smatra se C. Hull, čovjek koji je dizajnirao prvi stereolitografski 3D printer koristeći SLA tehnologiju. Uskoro je još jedan inženjer, S. Crump, uspio dizajnirati i izraditi FDM pisač. I, unatoč činjenici da se ove tehnologije ispisa malo razlikuju jedna od druge, ujedinjuje ih jedno načelo - sloj po sloj rasta trodimenzionalnog modela. Krajem devedesetih obje su se tehnologije počele koristiti u industriji. Nešto kasnije, 3D tehnologiju uveli su dva studenta na Institutu Massachusetts u stolne pisače, a danas se aditivne tehnologije i tehnologije 3D modeliranja široko koriste ne samo u proizvodnji, već iu svakodnevnom životu.

Trenutno se suvremene tehnologije digitalne proizvodnje koriste u građevinarstvu, arhitekturi, medicini, astronautici, strojarstvu i drugim područjima djelatnosti. Na primjer, aditivne tehnologije u strojarstvu omogućuju izradu visokokvalitetnih prototipova modela koji pomažu u proučavanju svih karakteristika budućeg proizvoda ili sklopa. Kod izrade prototipova najčešće se koristi metoda stereolitografskog AF ispisa, u kojoj se slojevi tekućeg polimera skrućuju pomoću lasera. Tehnika omogućuje dobivanje prototipova složenih objekata s mnogo malih elemenata, uključujući nestandardne oblike.

Koje probleme rješava korištenje aditivnih tehnologija u digitalnoj proizvodnji?

Integrirani računalni digitalni sustav upravljanja proizvodnjom koristi numeričko modeliranje, trodimenzionalnu (3D) vizualizaciju, inženjersku analizu i alate za suradnju za razvoj dizajna proizvoda i proizvodnih procesa.

Digitalni proizvodni dizajn koncept je tehnološke pripreme proizvodnje u jedinstvenom virtualnom okruženju pomoću alata za planiranje, testiranje i modeliranje proizvodnih procesa. Tehnologije digitalne proizvodnje su prije svega procesi prevođenja digitalnog dizajna u fizički objekt.

Korištenjem aditivnih tehnologija rješavaju se takvi problemi digitalne proizvodnje kao što su modernizacija i automatizacija postojećih i projektiranje novih učinkovitih strojograđevnih industrija za različite namjene, sredstva i sustave za njihovo opremanje, kao i proizvodne i tehnološke procese koji koriste automatizirane sustave za tehnološku pripremu. proizvodnje.