Technológia výroby obojstranných dosiek plošných spojov. Prídavné priemyselné materiály

Na 3D pretekoch sa aktívne zúčastňujú popredné krajiny sveta. V roku 2012 sa tak v Youngstone v štáte Ohio otvoril National Additive Manufacturing Innovation Institute NAMII – prvé centrum aditívnej technológie z pätnástich, ktoré vzniklo v Spojených štátoch. Súčasťou strojového parku ústavu je už 10 aditívnych strojov, z toho tri najmodernejšie stroje na vytváranie kovových súčiastok.

Terminológia a klasifikácia

Podstatou aditívnej výroby je kombinovať materiály na vytváranie objektov z údajov 3D modelu, vrstvu po vrstve. Tým sa líšia od bežných subtraktívnych výrobných technológií, pri ktorých ide o mechanické spracovanie – odstraňovanie látok z obrobku.

Aditívne technológie sú klasifikované:

• podľa použitých materiálov (kvapalina, objem, polymér, kovový prášok);
• prítomnosťou lasera;
• spôsobom upevnenia konštrukčnej vrstvy (tepelná expozícia, ožarovanie ultrafialovým alebo viditeľným svetlom, kompozícia spojiva);
• podľa spôsobu tvorby vrstvy.

Existujú dva spôsoby, ako vytvoriť vrstvu. Prvým je najprv nasypať práškový materiál na plošinu a rozotrieť ho valčekom alebo nožom, aby sa vytvorila rovnomerná vrstva materiálu danej hrúbky. Selektívne spracovanie prášku prebieha laserom alebo iným spôsobom spájania práškových častíc (tavením alebo lepením) podľa aktuálnej časti CAD modelu. Konštrukčná rovina zostáva nezmenená a časť prášku zostáva nedotknutá. Táto metóda sa nazýva selektívna syntéza a tiež selektívne laserové spekanie, ak je spojovacím nástrojom laser. Druhým spôsobom je priame uloženie materiálu v mieste, kde sa dodáva energia.

ASTM, organizácia, ktorá vyvíja priemyselné štandardy, rozdeľuje 3D aditívne technológie do 7 kategórií.

1. Extrúzia materiálu. Pastovitý materiál, ktorý je zmesou spojiva a kovového prášku, sa dodáva na miesto konštrukcie cez vyhrievaný extrudér. Hotový surový model sa vloží do pece, aby sa odstránilo spojivo a prášok sa upiekol – rovnako ako pri tradičných technológiách. Táto aditívna technológia je implementovaná pod značkami MJS (Multiphase Jet Solidification, multiphase jet curing), FDM (Fused Deposition Modeling, modelovanie vrstvením fusingu), FFF (Fused Filament Fabrication, výroba fusingom filamentov).
2. Striekanie materiálu. Napríklad pri technológii Polyjet sa vosk alebo fotopolymér privádza cez multitryskovú hlavu na miesto konštrukcie. Táto aditívna technológia sa tiež nazýva Multi jetting Material.
3. Striekanie spojiva. Patria sem ink-jet Ink-Jet technológie na vstrekovanie do konštrukčnej zóny nie modelového materiálu, ale spojivového činidla (technológia aditívnej výroby ExOne).
4. Listová zmes je polymérová fólia, kovová fólia, listy papiera atď. Používa sa napríklad v technológii výroby ultrazvukových aditív Fabrisonic. Tenké kovové platne sa zvárajú ultrazvukom, potom sa prebytočný kov odstráni frézovaním. Používa sa tu aditívna technológia v kombinácii so subtrakčnou technológiou.
5. Fotopolymerizácia v kúpeli. Technológia využíva tekuté modelovacie hmoty – fotopolymérne živice. Príkladom je technológia SLA spoločnosti 3D Systems a technológia DLP spoločností Envisiontec a Digital Light Procession.
6. Tavenie materiálu vo vopred vytvorenej vrstve. Používa sa v technológiách SLS, ktoré využívajú ako zdroj energie laserovú alebo termálnu hlavu (SHS od Blueprinter).
7. Priama dodávka energie na stavenisko. Materiál a energia na jeho roztavenie sa dostávajú na miesto konštrukcie súčasne. Ako pracovné teleso sa používa hlava vybavená systémom prívodu energie a materiálu. Energia prichádza vo forme koncentrovaného lúča elektrónov (Sciaky) alebo laserového lúča (POM, Optomec,). Niekedy je hlava namontovaná na „ruku“ robota.

Táto klasifikácia hovorí oveľa viac o zložitosti aditívnych technológií ako predchádzajúce.

Oblasti použitia

Dynamika rozvoja trhu aditívnych technológií predbieha ostatné odvetvia. Jej priemerný ročný rast sa odhaduje na 27 % a podľa IDC bude do roku 2019 predstavovať 26,7 miliardy USD, čo je nárast z 11 miliárd USD v roku 2015.

Trh s AT však ešte musí uvoľniť svoj nevyužitý potenciál vo výrobe spotrebného tovaru. Až 10 % finančných prostriedkov spoločnosti z nákladov na výrobu produktu sa vynakladá na jeho prototypovanie. A tento segment trhu už obsadilo mnoho spoločností. Ale zvyšných 90% ide do výroby, takže vytváranie aplikácií pre rýchlu výrobu tovaru bude hlavným smerom rozvoja tohto odvetvia v budúcnosti.

V roku 2014 podiel rýchleho prototypovania na trhu aditívnej výroby, aj keď sa znížil, zostal najväčší - 35 %, podiel rýchlej výroby rástol a dosiahol 31 %, podiel na tvorbe nástrojov zostal na 25 %, zvyšok bol zodpovedaný výskumom a vzdelávaním.

Rozdelenie AT technológií podľa priemyselného sektora je nasledovné:

• 21 % - výroba spotrebného tovaru a elektroniky;
• 20 % - automobilový priemysel;
• 15% - medicína vrátane zubného lekárstva;
• 12 % – výroba lietadiel a kozmický priemysel;
• 11 % - výroba výrobných prostriedkov;
• 8 % - vojenské vybavenie;
• 8 % - vzdelanie;
• 3% - stavebníctvo.

Amatéri aj profesionáli

Trh AT technológií je rozdelený na amatérske a profesionálne. Hobby market zahŕňa 3D tlačiarne a ich údržbu, ktorá zahŕňa servis, spotrebný materiál, softvér a je zameraný na individuálnych nadšencov, vzdelávanie a vizualizáciu nápadov a uľahčenie komunikácie v raných fázach rozvoja nového podnikania.

Profesionálne 3D tlačiarne sú drahé a vhodné na pokročilú reprodukciu. Majú veľkú konštrukčnú plochu, produktivitu, presnosť, spoľahlivosť a rozšírenú škálu modelových materiálov. Tieto stroje sú rádovo zložitejšie a vyžadujú si rozvoj špeciálnych zručností pri práci so samotnými zariadeniami, s modelovými materiálmi a softvérom. Obsluhou profesionálneho stroja je spravidla špecialista na aditívnu techniku ​​s vyšším technickým vzdelaním.

Aditívne technológie v roku 2015

Podľa Wohlers Report 2015 bolo od roku 1988 do roku 2014 nainštalovaných 79 602 priemyselných 3D tlačiarní na celom svete. Zároveň 38,1 % zariadení s cenou nad 5 000 dolárov pochádza z USA, 9,3 % z Japonska, 9,2 % z Číny a 8,7 % z Nemecka. Zvyšok sveta je ďaleko za lídrami. Od roku 2007 do roku 2014 vzrástol ročný predaj stolových tlačiarní zo 66 na 139 584 zariadení. V roku 2014 pochádzalo 91,6 % tržieb zo stolných 3D tlačiarní a 8,4 % z priemyselných jednotiek na výrobu aditív, ale zisky z týchto strojov predstavovali 86,6 % z celkového počtu, alebo 1,12 miliardy USD v absolútnom vyjadrení. Stolové počítače predstavovali 173,2 milióna USD a 13,4 %. V roku 2016 sa očakáva rast tržieb na 7,3 miliardy dolárov, v roku 2018 - 12,7 miliardy a v roku 2020 trh dosiahne 21,2 miliardy dolárov.

Podľa Wohlersa prevláda technológia FDM s takmer 300 značkami po celom svete, pričom nové úpravy pribúdajú denne. Niektoré z nich sa predávajú len lokálne, takže je veľmi ťažké, ak nie nemožné, nájsť informácie o počte vyrobených značiek 3D tlačiarní. Môžeme s istotou povedať, že ich počet na trhu sa každým dňom zvyšuje. Existuje široká škála veľkosti a použitej technológie. Napríklad berlínska spoločnosť BigRep vyrába obrovskú FDM tlačiareň s názvom BigRep ONE.2 v cene 36-tisíc eur, schopnú tlačiť objekty s rozmermi až 900 x 1055 x 1100 mm s rozlíšením 100-1000 mikrónov, dva extrudéry a schopnosť používať rôzne materiály.

Priemysel - pre

Letecký priemysel výrazne investuje do aditívnej výroby. Použitie aditívnych technológií zníži spotrebu materiálov vynaložených na výrobu dielov 10-krát. Očakáva sa, že GE Aviation vytlačí 40 000 vstrekovačov ročne. A Airbus plánuje do roku 2018 tlačiť až 30 ton dielov mesačne. Spoločnosť zaznamenáva výrazný pokrok v charakteristikách takto vyrobených dielov v porovnaní s tradičným. Ukázalo sa, že konzola, ktorá bola navrhnutá na zaťaženie 2,3 tony, skutočne vydržala zaťaženie až 14 ton pri znížení hmotnosti na polovicu. Spoločnosť tiež tlačí diely z hliníkového plechu a palivové konektory. Lietadlá Airbus majú 60-tisíc dielov vytlačených na 3D tlačiarňach Fortus od Stratasys. Ďalšie spoločnosti v leteckom a kozmickom priemysle tiež využívajú technológie aditívnej výroby. Medzi nimi: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce a SpaceX.

Digitálne aditívne technológie sa už používajú pri výrobe rôznych spotrebných produktov. Spoločnosť Materialize poskytujúca služby aditívnej výroby spolupracuje so spoločnosťou Hoet Eyeware na výrobe okuliarov na korekciu zraku a slnečných okuliarov. 3D modely sú poskytované mnohými cloudovými službami. Len 3D Warehouse a Sketchup ponúkajú 2,7 milióna návrhov. Bokom nezostáva ani módny priemysel. RS Print používa systém, ktorý meria tlak podošvy na tlač vlastných vložiek. Dizajnéri experimentujú s bikinami, topánkami a šatami.

Rapídne prototypovanie

Rapid prototyping označuje vytvorenie prototypu produktu v čo najkratšom čase. Patrí medzi hlavné aplikácie technológií aditívnej výroby. Prototyp je prototyp výrobku potrebný na optimalizáciu tvaru dielca, vyhodnotenie jeho ergonómie, preverenie realizovateľnosti montáže a správnosti dispozičných riešení. To je dôvod, prečo skrátenie doby prípravy dielu môže výrazne skrátiť čas vývoja. Prototypom môže byť aj model určený na vykonávanie aero- a hydrodynamických skúšok alebo testovanie funkčnosti častí krytu domácnosti a zdravotníckej techniky. Mnohé prototypy sú vytvorené ako prieskumné dizajnové modely s nuansami v konfigurácii, farbách laku atď. Na rýchle prototypovanie sa používajú lacné 3D tlačiarne.

Rýchla výroba

Aditívne technológie v priemysle majú veľkú perspektívu. Malosériová výroba produktov so zložitou geometriou a zo špecifických materiálov je bežná v lodiarstve, energetike, rekonštrukčnej chirurgii a zubnom lekárstve a v leteckom a kozmickom priemysle. Priame pestovanie kovových výrobkov je tu motivované ekonomickou uskutočniteľnosťou, keďže sa ukázalo, že je to lacnejšie. Aditívnymi technológiami vyrábajú pracovné časti turbín a hriadeľov, implantáty a endoprotézy, náhradné diely do automobilov a lietadiel.

K rozvoju rýchlej výroby prispelo aj výrazné rozšírenie počtu dostupných kovových práškových materiálov. Ak v roku 2000 existovalo 5-6 druhov práškov, teraz sa ponúka široký sortiment, ktorý sa počíta v desiatkach zložení od konštrukčných ocelí po drahé kovy a žiaruvzdorné zliatiny.

Aditívne technológie sú perspektívne aj v strojárstve, kde sa dajú využiť pri výrobe nástrojov a zariadení pre sériovú výrobu - vložky do vstrekovacích lisov, formy, šablóny.

Ultimaker 2 je najlepšia 3D tlačiareň roku 2016

Podľa magazínu CHIP, ktorý testoval a porovnával výkon spotrebiteľských 3D tlačiarní, sú najlepšími tlačiarňami roku 2016 Ultimaker 2 od Ultimaker, Reniforce RF1000 od Conrada a stolná 3D tlačiareň Replicator od MakerBot.

Ultimaker 2+ vo svojom vylepšenom modeli využíva technológiu modelovania fúzovanej depozície. 3D tlačiareň sa vyznačuje najmenšou hrúbkou vrstvy 0,02 mm, krátkym časom výpočtu a nízkymi nákladmi na tlač (2 600 rubľov na 1 kg materiálu). Hlavné charakteristiky:

• veľkosť pracovnej komory - 223 x 223 x 305 mm;
• hmotnosť - 12,3 kg;
• veľkosť hlavy - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• teplota hlavy - 180-260 ° C;
• rozlíšenie vrstvy - 150-60/200-20/400-20/600-20 mikrónov;
• rýchlosť tlače - 8-24 mm 3 / s;
• Presnosť XYZ - 12,5-12,55 mikrónov;
• materiál - PLA, ABS, CPE s priemerom 2,85 mm;
• softvér - Cura;
• podporované typy súborov - STL, OBJ, AMF;
• - 221 W;
• cena - 1 895 eur základný model a 2 495 eur rozšírený.

Podľa recenzií zákazníkov sa tlačiareň ľahko inštaluje a používa. Berú na vedomie vysoké rozlíšenie, samonastaviteľnú posteľ, širokú škálu použitých materiálov a použitie softvéru s otvoreným zdrojovým kódom. Medzi nevýhody tlačiarne patrí otvorená konštrukcia tlačiarne, ktorá môže spôsobiť popáleniny od horúceho materiálu.

Mini 3D tlačiareň LulzBot

V recenzii časopisu PC Magazine sa v prvej trojke umiestnili aj zariadenia Ultimaker 2 a Replicator Desktop 3D Printer, ale na vrchole sa umiestnila mini 3D tlačiareň LulzBot. Jeho špecifikácie sú:

• veľkosť pracovnej komory - 152 x 152 x 158 mm;
• hmotnosť - 8,55 kg;
• teplota hlavy - 300 ° C;
• hrúbka vrstvy - 0,05-0,5 mm;
• rýchlosť tlače - 275 mm/s s výškou vrstvy 0,18 mm;
• materiál - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, polyester, nylon, polykarbonát, PETG, PCTE, PC-ABS atď s priemerom 3 mm;
• softvér - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl atď.;
• spotreba energie - 300 W;
• cena - 1 250 dolárov.

Sciaky EBAM 300

Jedným z najlepších priemyselných strojov na výrobu aditív je EBAM 300 od Sciaky. Pištoľ s elektrónovým lúčom nanáša vrstvy kovu rýchlosťou až 9 kg za hodinu.

• veľkosť pracovnej komory - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• tlak vákuovej komory - 1x10 -4 Torr;
• spotreba energie - do 42 kW pri napätí 60 kV;
• technológia - extrúzia;
• materiál - titán a zliatiny titánu, tantal, Inconel, volfrám, niób, nehrdzavejúca oceľ, hliník, oceľ, zliatina medi a niklu (70/30 a 30/70);
• maximálny objem - 8605,2 l;
• cena - 250 tisíc amerických dolárov.

Aditívne technológie v Rusku

Stroje priemyselnej triedy sa v Rusku nevyrábajú. Vývoj zatiaľ prebieha len v Rosatome, laserovom centre MSTU. Bauman, Stankinova univerzita, Petrohradská polytechnická univerzita, Uralská federálna univerzita. Spoločnosť Voronezhselimmash, ktorá vyrába vzdelávacie a domáce 3D tlačiarne Alpha, vyvíja inštaláciu priemyselných aditív.

Rovnaká situácia platí pre spotrebný materiál. Lídrom vo vývoji práškov a práškových kompozícií v Rusku je VIAM. Vyrába prášok pre aditívne technológie, používané pri obnove lopatiek turbín, na objednávku Perm Aviadvigatel. Napreduje aj Všeruský inštitút ľahkých zliatin (VILS). Vývoj vykonávajú rôzne inžinierske centrá v celej Ruskej federácii. Rostec, Uralská pobočka Ruskej akadémie vied a UrFU vykonávajú svoj vlastný vývoj. Ale všetky nie sú schopné uspokojiť ani malý dopyt 20 ton prášku ročne.

V tejto súvislosti vláda poverila Ministerstvo školstva a vedy, Ministerstvo hospodárskeho rozvoja, Ministerstvo priemyslu a obchodu, Ministerstvo telekomunikácií a masových komunikácií, Ruskú akadémiu vied, FANO, Roskosmos, Rosatom, Rosstandart a rozvojové inštitúcie na vytvorenie koordinovaného programu vývoja a výskumu. Na dosiahnutie tohto cieľa sa navrhuje vyčleniť dodatočné rozpočtové prostriedky, ako aj zvážiť možnosť spolufinancovania z Fondu národného blahobytu a iných zdrojov. Odporúča sa podporovať nové, vrátane aditívnych, RVC, Rusnano, Skolkovo Foundation, exportnú agentúru EXIAR, Vnesheconombank. Vláda v zastúpení Ministerstva priemyslu a obchodu pripraví aj časť štátneho programu rozvoja a zvyšovania konkurencieschopnosti priemyslu.

Remeselník je len taký dobrý ako jeho nástroje. Rovnako 3D tlačiareň je len taká dobrá, ako dobrý softvér, ktorý používa. Všetci sme počuli o aditívnej výrobe (AM), ale aby sa technológia posunula od rýchleho prototypovania k masovej výrobe, musí prekonať veľa prekážok.

Jednou z najväčších prekážok premeny 3D tlače na výrobný proces sú bezpochyby obmedzenia spojené s materiálmi. Od čias, keď sa používali iba značkové plastové nite, sme prešli dlhú cestu. Metal AM sa v posledných rokoch rýchlo rozvíja a trend otvorených živicových platforiem pre 3D tlač povzbudzuje mnohých hráčov, ako napríklad DuPont, aby vytvárali nové materiálové aplikácie pre trh s aditívami.

Stav priemyslu aditívnej výroby

O raste trhu AP za posledných desať rokov ani nemusíme hovoriť. Súčasné prognózy navyše naznačujú, že trh s 3D tlačou bude naďalej predbiehať tradičné výrobné technológie, ako sú vstrekovanie a CNC stroje. Výhľad pre metal AM je ešte optimistickejší, čo vysvetľuje, prečo spoločnosti ako Vulcan Laboratories, ktoré sa predtým zameriavali na polymér AM, začali investovať do metal AM.

Pozoruhodné zmeny v odvetví AM sa dajú ľahšie oceniť, keď zvážite, ako veľmi toto odvetvie pokročilo za tak krátky čas. „V roku 2008 realizovalo 3D tlač niekoľko spoločností, ktoré vyrobili niekoľko tlačiarní ročne na výskumné účely. Ale teraz sa celé odvetvie pohybuje oveľa iným tempom ako pred 10 rokmi,“ hovorí John Kawola, prezident Ultimaker.

Gordon Styles, prezident a zakladateľ Star Rapid, zaznamenal zmeny v AM materiáloch. „Pred desiatimi rokmi by som si nikdy nepredstavoval, že môžete tlačiť s materiálmi, ktoré sú vysoko odolné, chemicky odolné a odrážajú teplo,“ hovorí. — To bolo donedávna, ale startup Markforged robí presne to. Namiesto väčších korporácií ponúkajúcich túto technológiu, Markforged bol prvý, kto vytvoril diely s ónyxom, a dokonca používa Kevlar, uhlíkové vlákna a HSHT sklenené vlákno.

Ako hovoria Kavola a Stiles, kontrast medzi rokmi 2008 a 2018 v odvetví 3D tlače je výrazný. Za desať rokov sme sa z niekoľkých spoločností zmenili na stovky a boli sme svedkami toho, že možnosti 3D tlače pre stolné počítače explodovali, zatiaľ čo ceny prudko klesali. A prešli sme od teoretických diskusií o využití kovu a iných materiálov v 3D tlači k aditívnej výrobe dielov pre letecký priemysel.

Cievky nite zabalené v celofáne na ochranu pred vlhkosťou

Pre porovnanie, zatiaľ čo RAZR V3 od Motoroly bol najpopulárnejším telefónom svojej doby, v roku 2008 sme už mali iPhone, Facebook, Twitter a ďalšie. Z hľadiska výrobnej technológie bol rok 2008 rokom, kedy bol na IMTS navrhnutý otvorený komunikačný štandard MTConnect.

Medzi ďalšie novinky na IMTS 2008 patrili multifunkčné obrábacie stroje a obrábanie plastov a kompozitných materiálov. Všetky tieto technológie urobili za posledných desať rokov pokrok, ale žiadna z nich sa nevyrovná explozívnemu rastu AM, ktorý sme videli a vidíme dnes.

Prídavné priemyselné materiály

Podľa Wohlers Report 2017 vzrástol trh s AM materiálmi od roku 2016 o 17 percent. Je to pomalšie ako celkový rast trhu s polymérmi AM, ktorý od roku 2010 do roku 2017 rástol pri zloženom ročnom raste (CAGR) o 29 percent. To by nemalo byť prekvapujúce: trh s materiálmi ešte nie je vytvorený a je oveľa jednoduchšie vydať novú 3D tlačiareň ako vyvinúť nový tlačový materiál.

Materiálová rôznorodosť je v AM stále problémom, aj keď už nie tak výrazná ako pred desiatimi rokmi. „Ak sa vrátite do roku 2008, takmer každá spoločnosť používala ako materiál značkový plast,“ vysvetľuje Kawola. – Pre dodávateľa, keď spotrebiteľ mohol nakupovať iba u vás, bol príjem vysoký. Ale keď si vezmete materiály, s ktorými sa vtedy pracovalo, tak ich boli možno desiatky a nie stovky ako teraz.“

Používanie proprietárnych materiálov je dobrý spôsob, ako si udržať monopol, ale brzdí to vývoj nových materiálov. Ak zákazník nemá na výber a musí nakupovať iba u vás, potom nezáleží na tom, či váš konkurent ponúka iný materiál s lepšími schopnosťami, keďže bariéra prechodu zákazníka naň – kúpa novej 3D tlačiarne – je príliš vysoká.

Táto segmentácia trhu tiež odrádza od inovácií medzi dodávateľmi materiálov. Ak ste DuPont, je oveľa nákladovo efektívnejšie vyvíjať materiály na 3D tlač na báze nylonu, ktoré možno použiť na rôznych tlačiarňach, než vytvárať vlastný vzorec pre každú značku.

Našťastie, trh s AM materiálmi sa v posledných rokoch stal oveľa otvorenejším, ako vysvetľuje Stiles: „Dnes vidíme, že väčšina výrobcov tlačiarní je otvorená vývoju a používaniu surovín zákazníkov a tretích strán. Môže to byť spôsobené množstvom lacných konkurentov a skutočnosťou, že vývoj a testovanie nových materiálov je drahé a môže mať veľmi okrajové aplikácie. To platí najmä pre kovové zliatiny.“

„To je dôvod, prečo sa priemysel 3D tlače – vrátane spoločností ako Ultimaker a HP – v posledných rokoch posunul smerom k otvoreným materiálovým platformám,“ hovorí Kawola. „To otvorilo dvere veľkým materiálovým spoločnostiam po celom svete – DuPont, Dow, Owens Corning, Mitsubishi, DSM a mnohým ďalším. Myslím si, že to hrá veľkú úlohu pri presadzovaní 3D tlače do výroby, pretože špičkoví ľudia vo svete živice začínajú brať materiály na vstrekovanie a prispôsobovať ich pre 3D tlač.“

Ale pri použití AM vo výrobe zostáva problém certifikácie materiálu. „Overenie materiálov pre AM a preukázanie, že výsledné produkty sú rovnako dobré, ak nie lepšie, ako produkty vyrábané tradičnými metódami, je hlavnou prekážkou aplikácie AM vo výrobe,“ hovorí Stiles. „To si vyžaduje peniaze a čas. Vo výrobnom prostredí je potrebné preukázať schopnosť dosahovať rovnakú kvalitu u rôznych dodávateľov, distribuovať a zvyšovať ich počet.“

„Vysoké, konzistentné požiadavky na kvalitu surovín je ťažké splniť pri širokej dodávateľskej základni, nehovoriac o rozdieloch vo výrobnej technológii a zdrojoch surovín používaných medzi dodávateľmi. Všetky tieto faktory treba brať do úvahy,“ dodáva.

Možnosti materiálov pre aditívnu výrobu určite rastú, keďže sa zapájajú veľkí dodávatelia materiálov, ale ktoré materiály sú dnes skutočne vhodné na výrobné aplikácie?

Druhy materiálov pre AM

Hoci existuje veľa materiálov, ktoré možno použiť v AM – vrátane piesku, skla, keramiky a dokonca aj čokolády – tento článok sa zameria iba na dve kategórie materiálov, ktoré hrajú najväčšiu úlohu vo výrobných aplikáciách: polyméry (ako sú termoplasty) a kovy.

Kovové materiály pre 3D tlač

Kovový AM trh rástol ešte rýchlejšie ako celkový AM trh a dôvodom sú materiály. Na rozdiel od polymérových 3D tlačiarní, ktoré vyžadujú vývoj úplne nového odvetvia materiálov, kovové 3D tlačiarne pracujú s drôtom alebo (častejšie) kovovým práškom, získaným od existujúcich dodávateľov.

Samozrejme, ak potrebujete vyrobiť vysokokvalitné kovové diely, musíte použiť prášok špeciálne navrhnutý pre AM, t.j., v ktorom sú zachované jednotné veľkosti častíc. Použitie podobných materiálov na pokovovanie a 3D tlač však prispelo k rozvoju práškového priemyslu. To znamená, že je možné vyrábať kovové diely technológiou AM z rovnakého materiálu, z ktorého boli vyrobené predtým.

A samo o sebe AM poskytuje nové možnosti pre materiály, ktoré sa nepoužívali v tradičnej výrobe. Napríklad niektoré metódy kovovej 3D tlače umožňujú nanášať vrstvy rôznych kovov – hliníka, tantalu a niklu – pri výrobe jedného dielu. Na druhej strane, proces 3D tlače tiež prináša nové problémy a zdroje chýb, vrátane pórovitosti, zvyškových napätí a deformácií.

Ale vo všeobecnosti, ak sa kov správa dobre pri zváraní alebo odlievaní, je vhodný aj pre AM. Ako už bolo uvedené vyššie, existuje už široká škála kovov a zliatin, ktoré možno použiť v 3D tlači, či už vo forme prášku alebo drôtu. Tie obsahujú:

• hliník
• kobalt
• Inconel
• nikel
• Drahé kovy (zlato, striebro, platina)
• Nehrdzavejúca oceľ
• Tantal
• titán
• Nástrojová oceľ
• Volfrám.

Pozrime sa bližšie na tri kovy z tohto zoznamu.

Aditívna výroba s titánom

Titán je jedným z najpopulárnejších materiálov pre 3D tlač vo výrobe, najmä v leteckom a kozmickom priemysle a v zdravotníctve. Spája v sebe ľahkosť hliníka s pevnosťou ocele a je netoxický. Proti týmto výhodám však stoja relatívne vysoké náklady na titán. Preto zníženie odpadu robí z AM atraktívnu možnosť výroby titánových dielov.

Práškový titán sa ľahko vznieti a exploduje pri kontakte s vodou, pri teplotách presahujúcich 700o C. Z tohto dôvodu sa 3D tlač s titánovým práškom vykonáva vo vákuových alebo argónových komorách. Je tiež možné tlačiť 3D pomocou tavenia elektrónovým lúčom (EBM) titánového drôtu, čím sa eliminuje riziko výbušnej reakcie.

Dve najbežnejšie titánové zliatiny používané v AM sú 6Al-4V a 6Al-4V ELI.

3D tlač s hliníkom

Hliník, ľahký a všestranný kov, možno použiť na 3D tlač leteckých komponentov a dielov pretekárskych áut. Aj keď nemá pevnosť ocele, hliník je oveľa ľahší a odolnejší voči korózii. Sú tiež drahšie ako oceľ, aj keď nie o toľko ako titán.

Hlavnou výhodou použitia hliníka v 3D tlači je možnosť výroby dielov s malými prvkami a tenkými stenami (do 50 mikrónov). Hliníkové diely vyrobené AM metódami majú viac textúrovaný, matnejší povrch, na rozdiel od lešteného povrchu pri výrobe hliníkových dielov na strojoch

Bežnou hliníkovou zliatinou pre 3D tlač je AlSi10Mg.

Výroba prísad z nehrdzavejúcej ocele

V porovnaní s hliníkom, titánom a väčšinou ostatných kovov na tomto zozname je nehrdzavejúca oceľ cenovo dostupnejšou možnosťou. Môže sa použiť na 3D tlač vodotesných dielov s vysokou pevnosťou a hustotou a použiť v extrémnych prostrediach, ako sú prúdové motory lietadiel a rakety. Boli vykonané štúdie o použiteľnosti nehrdzavejúcej ocele 316L na výrobu nádob jadrových reaktorov s použitím AM. Hoci oceľ 316L je vo všeobecnosti vhodná na netepelné spracovanie, správa Renishaw naznačuje, že proces AM produkuje pevnejšie zliatiny ako kovanie kovu, pričom vznikajú ťahové sily presahujúce 600 MPa. Diely z nehrdzavejúcej ocele sa vyrábajú na 3D tlačiarni buď priamym nanášaním kovu alebo použitím kompozitného materiálu so spojivom. Časti môžu byť potiahnuté inými kovmi, aby sa zmenil vzhľad alebo vlastnosti povrchu.

Bežné zliatiny nehrdzavejúcej ocele používané v AM sú 17-4PH, 15-5-PH, ASM 316L a 304L.

Termoplastické materiály pre 3D tlač

Trh s materiálmi pre termoplasty alebo polyméry AM sa vyvíja už niekoľko desaťročí a s nástupom trendov smerom k otvoreným platformám pre materiály na 3D tlač sa stal stabilnejším. Ako hovorí Kawola: „Výrobcovia OEM nakupujú svoje vstrekovacie materiály od veľkých spoločností na výrobu plastov. Ak tieto spoločnosti vyrábajú aj filament alebo prášok pre 3D tlač, potom sa môžu použiť v 3D tlačiarňach v štádiu prototypovania a potom sa rovnaké materiály môžu použiť na vstrekovanie. Myšlienka je relatívne nová a objavila sa len v posledných rokoch.“

Použitie rovnakých materiálov na 3D tlač a vstrekovanie poskytuje množstvo výhod. Medzi ne patrí istota použitia rovnakých materiálov počas celého procesu, od prototypov až po výrobu. Existujú aj menej zrejmé výhody, ako napríklad absencia dodatočnej certifikácie materiálov, čo zvyšuje čas na ich prijatie.

„Procesy vstrekovania a 3D tlače na výrobu rovnakej časti sú odlišné, ale ak sa použije rovnaký materiál, potom spoločnosť profituje z prijatia AM technológií,“ hovorí Kawola.

Stiles zdôrazňuje objavenie sa jedného obľúbeného materiálu: „Tento rok sme boli svedkami predstavenia PEEK, bezfarebného, ​​organického, termoplastického polyméru pre rôzne výrobné systémy,“ hovorí. — PEEK je veľmi populárny v automobilovom, medicínskom, leteckom a chemickom priemysle. Je odolný proti nárazu (tvrdý), pevný, trvácny, má bod topenia nad 300 °C a je schválený FDA na použitie pri kontakte s potravinami.“

Zoznam polymérových materiálov pre 3D tlač je oveľa dlhší ako zoznam kovov, ale medzi najobľúbenejšie materiály patria:

• Acetal
• Akrylové vlákno
• Akrylonitrilbutadiénstyrén (ABS)
• Akrylonitril styrén akrylát (ASA)
• Polystyrén s vysokou húževnatosťou (HIPS)
• Nylon
• Polykarbonát (PC)
• Polyéteréterketón (PEEK)
• Polyetyléntereftalát (PET)
• Polyetyléntereftaláttrimetylén (PETT)
• Glykolom modifikovaný polyetyléntereftalát (PET-G)
• Polylaktid (PLA)
• Polypropylén (PP)
• Polyvinylalkohol (PVA)
• Termoplastický elastomér (TPE)
• Polyéterimid ULTEM

Rovnako ako v prípade kovov, podrobne zvážime tri materiály z tohto zoznamu.

AP s akrylonitrilbutadiénstyrénom (ABS)

ABS je stále veľmi populárny materiál pre 3D tlač. Hoci je PLA vo všeobecnosti obľúbenejšie, ABS je takmer vždy lepšie na výrobu vďaka svojej sile, odolnosti a nízkej cene. Ak chcete použiť na 3D tlačiarni, ABS sa musí zahriať na relatívne vysokú teplotu 230-250 °C, a preto vyžaduje zahriatie základne tlačiarne, aby sa zabezpečilo správne chladenie a zabránilo sa deformácii.

ABS diely sa vyrábajú pomocou modelovania tavenej depozície (FDM), spájania vrstiev, stereolitografie (SLA) alebo fotopolymérovej tlače. Hlavnou nevýhodou ABS je jeho toxicita, pri dosiahnutí bodu topenia sa uvoľňujú toxické výpary. 3D tlačené ABS diely sa často používajú na odlievanie konečných produktov alebo aplikácie nástrojov.

3D tlač s nylonom

Nylon (polyamid) je syntetický polymér. Je silnejší ako ABS, aj keď drahší. Je flexibilný a vykazuje vynikajúcu pamäť materiálu. Lepenie dielov vyrobených na 3D tlačiarni vrstva po vrstve tiež posúva nylon na nadpriemernú úroveň.

Citlivosť nylonu na vlhkosť vyžaduje jeho použitie v AM buď vo vákuu alebo pri vysokej teplote. Musí sa skladovať vo vzduchotesných nádobách. Niektoré nylonové časti sa môžu zmršťovať, čo z nich robí menej presný materiál ako ABS.

Populárne značky nylonu pre AP: Taulman 618, Taulman 645 a Bridge Nylon.

Aditívna výroba s polykarbonátom (PC)

Polykarbonát (značka Lexan) je ľahký a hustý materiál s vynikajúcou pevnosťou v ťahu. Jeho priehľadnosť umožňuje jeho použitie na rôzne aplikácie, dokonca aj pri výrobe slnečných okuliarov. PC vystužené uhlíkom možno použiť na vytvorenie sacieho potrubia a iných častí vystavených vysokým teplotám.

PC sa rozpúšťa v dichlórmetáne a topí sa pri teplote 260-300°C, čo je dosť vysoká hodnota na 3D tlač. Napriek svojej priehľadnosti je možné PC v prípade potreby prelakovať. Podobne ako ABS vyžaduje zahriatie základne tlačiarne na podporu lepenia a zníženie deformácie.

Materiály pre 3D tlač

Napriek všetkému pokroku zostáva 3D tlač viac špecializovanou technológiou ako bežnou technológiou. Kawola vysvetľuje súčasné miesto AM v sektore ako celku pohľadom na dva extrémy výrobného spektra;

„Jedným extrémom je vyrábať kúsky Lega za pol centa,“ hovorí. - Nikdy tu nebudete môcť súťažiť pomocou 3D tlače, aspoň nie za môjho života. Druhým extrémom je využitie 3D tlače v zubnom lekárstve, kde sa všetko robí v jedinej kópii. Preto je najlepšia príležitosť pre 3D tlač vo výrobe tam, kde sa vyrobí 100 až 1000 dielov.“

Pokiaľ ide o materiály, Stiles poznamenáva jeden aspekt, ktorý je potrebné zvážiť. „Ľudia potrebujú poznať náklady na suroviny a výrobu,“ hovorí. „Mnoho ľudí jednoducho nechápe, aký nákladný môže byť proces AM. Pochopenie nákladov môže pomôcť prijímať informované rozhodnutia o používaní tradičných technológií 3D tlače, ako je vstrekovanie alebo CNC obrábanie.“

Významné výhody aditívnej metódy v porovnaní so subtrakčnou metódou sú:

vyššia spoľahlivosť, pretože vodiče a pokovovanie otvorov sa získajú v jedinom galvanickom procese;

rovnomernosť spojení medzi vodičmi a metalizácia otvoru;

žiadne leptanie;

nedostatok galvanického ochranného povlaku počas leptania; úspora medi, morenie chemikálií a zníženie nákladov na neutralizáciu odpadových vôd;

zjednodušenie technologický postup.

Nižšie uvádzame dve hlavné možnosti aditívnej metódy výroby dosiek plošných spojov: chemickú a chemicko-galvanickú. V prvej možnosti sa vodivé vrstvy získajú na základe redukčného nanášania; tento proces v porovnaní s inými neprúdovými

metódy umožňujú nanášať veľmi hrubé vrstvy (až 10 µm)

Okrem vyššie uvedených všeobecných výhod má aditívna metóda niektoré špeciálne vlastnosti. Hrúbka vrstvy je v otvoroch a na povrchu rovnomerná a nanesené medené vrstvy vykazujú dobré mechanické a fyzikálne vlastnosti (tvrdosť, odolnosť proti opotrebeniu, spájkovateľnosť). Nevýhodami metódy sú vysoké náklady na výrobky (3-4 krát vyššie ako pri galvanickom nanášaní) a nízka rýchlosť nanášania.

Na odstránenie nevýhod chemickej metódy sa často používajú kombinované metódy. V tomto prípade sa na povrchu nefóliového dielektrika najskôr chemicky získa medená vrstva do hrúbky 5 µm spojená so substrátom, ktorá pri následnom selektívnom galvanickom spracovaní slúži ako vzor tlačených vodičov a po dokončení nánosu, je tam, kde je to potrebné, vyleptaný. Uvádza sa TLrinsht a najdôležitejšie operácie tejto metódy.

Nevýhodou je nerovnomerná hrúbka povlaku v otvoroch spôsobená nerovnomerným rozložením prúdovej hustoty galvanických kúpeľov a vznikom prechodovej zóny medzi chemicky redukovanou a galvanicky nanesenou meďou.

Aktiváciu dielektrika potrebného na chemickú depozíciu možno dosiahnuť tak zahrnutím katalyzátora do dielektrika počas jeho výroby, ako aj použitím roztokov chloridu cíničitého a chloridu paládnatého. Pri použití dielektrika s vloženým katalyzátorom je prvou operáciou po vyvŕtaní otvorov vytvorenie negatívneho vzoru schémy na báze fotorezistu"

Preto sa v redukčnom kúpeli nanáša iba vzor tlačených vodičov a otvory sa pokovujú. Keďže aktiváciu pomocou roztokov je možné vykonávať len na celej ploche dosky plošných spojov, vytvorenie ochranného reliéfu je možné až po vytvorení medenej vrstvy s hrúbkou 5 mikrónov. Po chemickom alebo galvanickom vylepšení medi je potrebné relatívne krátke leptanie na odstránenie 5 µm hrubého medeného povlaku z nežiaducich oblastí.

Aditívny spôsob je obzvlášť ekonomický pri výrobe MPP s pokovovanými otvormi, pretože všetky jeho výhody sa najviac prejavia pri získavaní vzorov jednotlivých vrstiev a vonkajších vzorov dosky plošných spojov s príslušnými pokovovanými otvormi.

Aditívne technológie sú jedným z hlavných globálnych trendov spomínaných v kontexte novej priemyselnej revolúcie. Ročný rast tohto trhu, ktorý v skutočnosti ešte nebol vytvorený a nemá jasné hranice, sa pohybuje medzi 20-30%.

Popredná konzultačná spoločnosť v odvetví 3D tlače Wohlers Associates informovala vo svojej ďalšej výročnej správe ( Wohlers Report 2017), že priemysel aditívnej výroby vzrástol v roku 2016 o 17,4 % (v roku 2015 – o 25,9 %) a teraz predstavuje viac ako 6 miliárd dolárov Ak v roku 2014 49 spoločností vyrábalo 3D tlačové systémy, potom na konci minulého roka, počet výrobcov sa zvýšil na 97. Odborníci dávajú najoptimistickejšie prognózy – podľa analytickej spoločnosti Context dosiahne trh s aditívnymi technológiami do roku 2020 17,8 miliardy dolárov. Analytici z The Boston Consulting Group vypočítali, že ak do roku 2035 spoločnosti zvládnu implementovať 3D tlač aspoň na 1,5 % svojej celkovej výrobnej kapacity, potom veľkosť trhu presiahne 350 miliárd dolárov.

Nadšenie okolo tejto témy je pochopiteľné. Na rozdiel od tradičných technológií spracovania kovov nie je aditívna výroba založená na odčítaní, ale na pridávaní materiálu. Výstupom sú časti zložitých geometrických tvarov, zhotovené v krátkom čase. Keď sa rýchlosť výroby výrobkov desaťnásobne zníži a náklady sa radikálne zmenia, zmení to celú ekonomiku strojárstva.

Čo robí výrobu lacnejšou? Po prvé, počet vytvorených komponentov sa zníži. Napríklad na výrobu vstrekovača paliva pre prúdový motor konvenčnou metódou je potrebné zakúpiť asi 20 rôznych dielov a spojiť ich zváraním, čo je prácny a nákladný proces. Použitie 3D tlače umožňuje vytvoriť trysku z jedného jediného kusu.

Tým sa znižuje aj hmotnosť hotového dielu, čo je cenné najmä pre letecký priemysel. Výrobcovia leteckých motorov sa už naučili vytvárať rôzne držiaky a puzdrá pomocou aditívnych metód, ktoré sú o 40-50% ľahšie ako ich „tradičné“ náprotivky a nestrácajú svoje pevnostné vlastnosti. Je možné znížiť hmotnosť jednotlivých dielov vo vrtuľníkovom priemysle takmer o polovicu, napríklad tých, ktoré sú spojené s ovládaním chvostového rotora ruského vrtuľníka Ansat. Už sa objavili prvé prototypy 3D tlačených štvorvalcových automobilových motorov, ktoré sú o 120 kg ľahšie ako štandardné analógy.

Ďalším dôležitým bodom je úspora surovín a minimalizácia odpadu. Vlastnou podstatou aditívnych technológií je použiť presne toľko materiálu, koľko je potrebné na vytvorenie konkrétneho dielu. Pri tradičných výrobných metódach môžu straty surovín predstavovať až 85 %. Ale možno najdôležitejšou výhodou aditívnych technológií je, že 3D počítačové modely dielov možno okamžite preniesť cez sieť do výrobného závodu kdekoľvek na svete. Mení sa tak samotná paradigma priemyselnej výroby – namiesto obrovského závodu stačí mať lokálne inžinierske centrum s potrebným 3D vybavením.

Takto sa však veci majú teoreticky. V praxi je oblasť aditívnej výroby príbehom o polyvariability, o tom, ako technológie predbiehajú možné scenáre ich využitia. Celá vyspelá priemyselná komunita si uvedomuje, že má v rukách mimoriadne sľubnú základnú technológiu, no čo s ňou, zostáva otvorenou otázkou.

V súčasnej fáze je hlavnou úlohou práve hľadanie oblastí použitia aditívnych technológií a tento problém zatiaľ nikto nevyriešil. Odpoveď na ďalšiu zásadne dôležitú otázku sa nenašla: kde je „povodie“, v ktorom sa používanie aditívnych technológií stáva ekonomicky efektívnejším ako tradičné klasické metódy – razenie a odlievanie? Napríklad žiadny z veľkých svetových hráčov vo výrobe plynových turbín, vrátane tých na ruskom trhu, sa zatiaľ nerozhodol, ktorá z konkurenčných technológií sa bude v budúcnosti používať na výrobu lopatiek leteckých motorov – aditívne technológie alebo tradičné odlievanie.

Programy na podporu aditívneho priemyslu v zahraničí sa týkajú najmä dvoch oblastí – financovania výskumu a vývoja a vytvárania konzorcií, ktoré združujú podniky, výskumné centrá a univerzity.

Napríklad v Spojených štátoch bol v roku 2012 vytvorený Národný inštitút pre inováciu aditívnej výroby („America Makes“) s cieľom zjednotiť úsilie amerických spoločností a akademickej obce zapojených do pokročilých výrobných technológií. Celkové náklady na projekt boli 70 miliónov dolárov, z čoho 30 miliónov investovala vláda. Hlavným kurátorom Inštitútu je Ministerstvo obrany USA, preto vytvorený akcelerátor podporuje inovatívny vývoj súvisiaci aj s vojenskou sférou. Ako napríklad 3D tlačený granátomet RAMBO.

Takmer jedna z desiatich 3D tlačiarní je vyrobená v Číne a predpokladá sa, že miestny trh s aditívnou výrobou porastie ročne o 40 % a do roku 2018 prekročí 20 miliárd RMB. Pomocou technológie 3D tlače s cementovými zmesami Číňania dokonca tlačia obytné budovy a „kancelárie budúcnosti“ na pobreží Perzského zálivu. Kľúčovou štruktúrou v krajine, združujúcou niekoľko desiatok miestnych inovačných centier, je China Industrial Alliance pre technológie 3D tlače.

Rusko stále zaostáva za krajinami, ktoré sú technologickými lídrami, pokiaľ ide o ich prínos k celkovému trhu aditívnych technológií. Toto oneskorenie by som však nenazval kritickým. Jednoducho preto, že globálny konkurenčný boj neprebieha v „čistení“ priamo vyrábajúcich aditívnych strojov, tlačiarní a práškov. Konkurencia spočíva v hľadaní trhových medzier pre používanie aditívnych technológií. Vyhrá nie ten, kto zvýši produkciu svojich aditívnych inštalácií či surovín, ale ten, kto pochopí, čo presne treba tlačiť, na aký účel a v akých oblastiach to prinesie maximálny ekonomický efekt.

V aktuálne prebiehajúcich živých diskusiách na tému vývoja aditívnych technológií väčšinou stoja proti sebe dva extrémy. Jedným z nich je „vytlačíme všetko“: domy, lietadlá, tanky, rakety. Druhým extrémom je „všetky aditívne technológie sú ekonomicky neúčinné“. A to je tiež jeden z kľúčových systémových problémov.

Dnes je možné jasne načrtnúť len také oblasti aplikácie aditívnych technológií, akými sú prototypovanie a tvorba dielov s mimoriadne zložitou geometriou. Napríklad dnes je na trhu prototypových systémov viac ako 30 domácich sériových výrobcov 3D tlačiarní využívajúcich technológiu tlače z plastových filamentov. Ročne vyrobia okolo 5000 tlačiarní. Okrem toho je podiel ruských komponentov v týchto výrobkoch asi 70%.

V tomto malom rozsahu oblastí môžete pridať aj rýchlu malosériovú výrobu produktov na mieru. Výroba konečných produktov a rýchle prototypovanie sú však dve rôzne výrobné „filozofie“. Aditívne technológie majú skôr dopĺňať tradičné metódy spracovania kovov, než ich nahrádzať, ako predpovedajú mnohí odborníci.

Čo sa teraz deje s globálnym priemyslom? Z veľkého priemyslu zameraného na dosahovanie úspor z rozsahu sa transformuje na globálnu flexibilnú sieť zákazkovej výroby. Aditívne technológie tiež umožňujú prechod modernej výroby z produktu do segmentu služieb.

Jednoduchým príkladom, ktorý už bol v praxi implementovaný, je bezpilotné lietadlo na obranné účely, kompletne vytlačené na 3D tlačiarni. Keďže všetky hlavné procesy boli pri jeho návrhu a výrobe automatizované, nie je potrebné držať veľké zásoby náhradných dielov pre toto zariadenie v žiadnom závode. Namiesto odoslania dronu do továrne na opravu je možné potrebné komponenty vytlačiť na mieste. Lopatky motora sa ešte netlačia, ale už sa opravujú pomocou lakovania laserovým práškom.

Čisto hypoteticky možno podobnú paralelu nakresliť s lietadlovou loďou na plavbe, alebo s vlakom. Tlačiareň, ktorú majú opravári k dispozícii, by pomohla upraviť alebo opraviť určité časti, napríklad rovnaké čepele. V segmente služieb tak s najväčšou pravdepodobnosťou zaujmú aditívne technológie, ktoré odzrkadľujú jeden z hlavných trendov vo vývoji moderných priemyselných technológií – prispôsobenie produktov spotrebiteľovi.

V tomto ohľade by mala byť štátna politika rozvoja tejto oblasti v Rusku založená na nasledujúcich hlavných smeroch. V prvom rade ide o vytvorenie podmienok na znižovanie rizík spojených s pilotnou implementáciou aditívnych technológií. Predovšetkým nedávno začal platiť nový dotačný mechanizmus, keď štát kompenzuje podniku 50 % nákladov, ktoré vynaložil na výrobu a predaj pilotných sérií priemyselných výrobkov. Po druhé, Fond priemyselného rozvoja poskytuje podporu projektom v oblasti aditívnych technológií, pričom poskytuje spoločnostiam cielené preferenčné pôžičky od 50 do 500 miliónov rubľov pri 5 % ročne. Okrem toho sa účastníci trhu môžu uchádzať o finančnú podporu od štátu na splatenie časti vynaložených nákladov na výskum a vývoj.

Stimulujúci vývoj v oblasti aditívnej výroby je potrebné podporovať, pretože ich použitie v modernom priemysle si vyžaduje dlhé hľadanie optimálnych medzier na riešenie špecifických problémov prostredníctvom pokusov a omylov. Môžete napríklad vytvoriť niečo ako „otvorenú knižnicu“ technologických riešení, ktoré vysvetlia, ako sa dá vyrobiť konkrétny diel na konkrétnom stroji s použitím špecifického prášku.

Ďalšou dôležitou úlohou je vytvorenie efektívnych platforiem pre interakciu medzi koncovými zákazníkmi a výrobcami materiálov a zariadení. Takéto Centrum aditívnych technológií už vzniká Rostec na báze výrobcu motorov s plynovou turbínou NPO Saturn, ktorý má dlhoročné skúsenosti v oblasti aditívnych technológií. Myšlienku vytvorenia centra podporili najväčší predstavitelia ruského leteckého priemyslu: Roskosmos, UAC, UEC, Russian Helicopters, Technodinamika, KRET atď.

Navyše, téma aditívnych technológií je výsadou startupov. Teraz ich často jednoducho kupujú svetoví technologickí giganti. A je ťažké určiť skutočný motív týchto rozhodnutí: je to úprimná túžba investovať do sľubného aditívneho smeru, alebo je to jednoducho pokus zvýšiť svoju kapitalizáciu včasným udržiavaním módneho trendu.

Americký koncern General Electric tak vlani za 1,4 miliardy dolárov získal dve európske spoločnosti špecializujúce sa na 3D tlač - švédsku Arcam AB a nemeckú SLM Solutions Group AG. Siemens Corporation zvýšila svoj podiel v britskej spoločnosti Materials Solutions, ktorá sa špecializuje na aditívne technológie v konštrukcii plynových turbín, na 85 %. Začiatkom roka 2017 BMW, Google a Lowe's spoločne investovali 45 miliónov dolárov do amerického startupu Desktop Metal, ktorý vytvára inovatívnu technológiu pre 3D tlač kovových produktov. Celkovo už investori do tohto projektu, ktorý pozostáva zo 75 inžinierov a programátorov, investovali približne 100 miliónov dolárov.

V tomto smere je dôležité zabrániť situácii, v ktorej by sme mohli prísť o naše úspešné ruské startupy v oblasti aditívnej výroby. Samozrejme, nie je možné sa zaobísť bez školenia vhodného inžinierskeho personálu, ktorý by mohol profesionálne pochopiť, čo je vhodné tlačiť a čo je efektívnejšie pokračovať v tradičnej metóde.

Hlavným problémom dneška teda nie je vyvinúť modernú domácu 3D tlačiareň alebo vytvoriť vysokokvalitné prášky (technológia samotná je dosť zbytočná vec), ale správne aplikovať vývoj, ktorý je už na trhu dostupný, na správnom mieste. . Na to musíme mať ruské vodičské firmy, ktoré by s týmito technológiami aktívne pracovali a čo najefektívnejšie a najefektívnejšie ich aplikovali v praxi.

Ide o štátnu korporáciu Rosatom, ktorá v súčasnosti kladie osobitný dôraz na vývoj aditívnych technológií, tvoriacich vlastnú základňu zariadení, materiálov a technológií pre vstup na nové zahraničné trhy. Ide o naše popredné spoločnosti v leteckom, raketovom a vesmírnom priemysle, ktoré sa zjednotili na základe mnou spomínaného centra aditívnych technológií. Ide o Rostec, ktorý zahŕňa United Engine Corporation (UEC), jeden z hlavných ruských ťahúňov pre implementáciu aditívnych technológií. Okrem toho sa v regiónoch vytvárajú inžinierske centrá - „body rastu“ pre inovatívne spoločnosti, ktoré pomáhajú komercializovať vývoj a prinášajú laboratórne vzorky produktov do sériovej výroby.

Podobné príklady už existujú, svojím spôsobom prelomové. Aditívne technológie sa úspešne používajú pri výrobe dielov pre motor PD-14 pre civilné letectvo, ako aj pri návrhu nového motora s plynovou turbínou pre námorné použitie, ktorého sériová výroba je naplánovaná na rok 2017. V oblasti priemyselného dizajnu a rýchleho prototypovania majú ruskí špecialisti pokročilý vývoj týkajúci sa ručných zbraní a letectva.

Toto sú príklady úspešného hľadania oblastí pre využitie aditívnych technológií. Už teraz je zrejmé, že medicína sa stane na sto percent tohto výklenku. Endoprotézy, biotlač, zubné mostíky, ortopédia... Už tu prekvitajú aditívne technológie. Medzi ďalšie potenciálne odvetvia patrí nástrojársky priemysel (výroba nástrojov a šablón nástrojov), vesmír a letectvo (ľahké diely so zložitou geometriou, komponenty turbín).

Aditívne technológie sú spojené s hľadaním špecifických výklenkov, ale tradičné kovoobrábanie nestratí svoju pozíciu ani v najbližších rokoch. Dôležité je nepremeškať prípadnú zmenu paradigmy výroby v tých odvetviach, kde sme tradične silní, a tiež hľadať nové oblasti uplatnenia aditívnych technológií. Kľúčovou otázkou napokon nie je dobiehanie a predbiehanie konkurentov, ale samotná uskutočniteľnosť týchto pretekov a pochopenie, či sme v konkrétnom momente na správnej ceste.

Digitálna výroba aditívnou metódou pozostáva z vytvárania objektu akejkoľvek zložitosti vrstva po vrstve. Aditívne technológie sa zásadne líšia od tých, ktoré sa používali donedávna. Ich hlavným rozdielom je, že nie sú subtraktívne, ako napríklad metóda CNC spracovania, ale kolektívne. Inými slovami, výrobok je zostavený z dielov vyrobených s práškovou kompozíciou. V porovnaní s technikami odlievania, razenia alebo CNC obrábania táto technológia zvyšuje produktivitu až tridsaťnásobne, no najmä umožňuje vyrábať diely, ktoré sa nedali vyrobiť tradičnými metódami.

Inovatívne 3D aditívne technológie umožňujú vytvárať modely akéhokoľvek tvaru a veľkosti, pretože proces syntézy vrstva po vrstve prebieha vrstva po vrstve. Táto výrobná metóda využíva metódu, ako je prototypovanie. To umožňuje vytvoriť nie hotový objekt, ktorý možno použiť na špecifické účely, ale jeho prototyp, ktorý vám umožní vyhodnotiť možnosti a vlastnosti modelu, jeho externé údaje atď.

Prototypy môžu byť prezentované zákazníkom a tiež použité na marketingové účely. Napríklad na autosalónoch sa často používajú modely vytvorené rýchlym prototypovaním na ich prezentáciu potenciálnym zákazníkom. Táto technológia umožňuje vyrábať prototypy rýchlo a hlavne lacno v porovnaní so štandardnými výrobnými metódami.

Technológie aditívnej výroby sa široko používajú na zníženie nákladov na dizajn tým, že identifikujú možné chyby v počiatočných fázach návrhu. Okrem toho táto technológia skracuje čas uvedenia na trh zlepšením komunikácie medzi zákazníkom a dizajnérom. Takmer úplne eliminuje pracnú a časovo náročnú fázu výroby prototypov.

História vývoja a rozsah aplikácie 3D aditívnych technológií

Mnoho ľudí považuje 3D tlač za vynález 21. storočia, no technológia aditívnej tlače vznikla v osemdesiatych rokoch minulého storočia. A za jej otca sa považuje C. Hull, muž, ktorý navrhol prvú stereolitografickú 3D tlačiareň využívajúcu technológiu SLA. Čoskoro ďalší inžinier, S. Crump, dokázal navrhnúť a vytvoriť tlačiareň FDM. A napriek tomu, že tieto technológie tlače sa od seba mierne líšia, spája ich jeden princíp - rast trojrozmerného modelu po vrstvách. Koncom deväťdesiatych rokov sa obe technológie začali využívať v priemysle. O niečo neskôr zaviedli 3D technológiu dvaja študenti Massachusettského inštitútu do stolových tlačiarní a dnes sú aditívne technológie a technológie 3D modelovania hojne využívané nielen vo výrobe, ale aj v bežnom živote.

V súčasnosti sa moderné digitálne výrobné technológie využívajú v stavebníctve, architektúre, medicíne, astronautike, strojárstve a ďalších oblastiach činnosti. Napríklad aditívne technológie v strojárstve umožňujú vytvárať vysokokvalitné prototypy modelov, ktoré pomáhajú študovať všetky charakteristiky budúceho produktu alebo zostavy. Pri tvorbe prototypov sa najčastejšie používa stereolitografická AF tlač, pri ktorej sa vrstvy tekutého polyméru tuhnú pomocou lasera. Táto technika umožňuje získať prototypy zložitých predmetov s mnohými malými prvkami vrátane neštandardných tvarov.

Aké problémy rieši použitie aditívnych technológií v digitálnej výrobe?

Integrovaný počítačový digitálny systém riadenia výroby využíva numerické modelovanie, trojrozmernú (3D) vizualizáciu, inžiniersku analýzu a nástroje spolupráce na vývoj návrhov produktov a výrobných procesov.

Digitálny výrobný dizajn je koncept technologickej prípravy výroby v jedinom virtuálnom prostredí s využitím nástrojov na plánovanie, testovanie a modelovanie výrobných procesov. Digitálne výrobné technológie sú v prvom rade procesy prevodu digitálneho dizajnu do fyzického objektu.

Použitie aditívnych technológií rieši také problémy digitálnej výroby, ako je modernizácia a automatizácia existujúcich a návrh nových efektívnych strojárskych odvetví na rôzne účely, prostriedky a systémy na ich vybavenie, ako aj výrobné a technologické procesy využívajúce automatizované systémy na technologickú prípravu. výroby.