A világ vezető országai aktívan részt vesznek a 3D-s versenyben. Például 2012-ben az Ohio állambeli Youngstonban megnyílt a National Innovation Institute for Additive Manufacturing (NAMII), amely az Egyesült Államokban létrehozott tizenöt additív technológiákkal foglalkozó központ közül az első. Az intézet gépparkjában már 10 adalékgép található, amelyek közül három a legkorszerűbb fémalkatrészek készítésére alkalmas gép.

Terminológia és osztályozás

Az additív technológiák lényege, hogy az anyagokat kombinálva 3D-s modelladatokból rétegről rétegre hoznak létre objektumokat. Ebben különböznek a hagyományos szubtraktív gyártási technológiáktól, amelyek mechanikai feldolgozást foglalnak magukban - egy anyag eltávolítását a munkadarabból.

Az additív technológiák osztályozása:

• a felhasznált anyagok szerint (folyékony, ömlesztett, polimer, fémpor);
• lézer jelenlétében;
• az építőréteg rögzítésének módja szerint (termikus expozíció, ultraibolya vagy látható fénnyel történő besugárzás, kötőanyag-összetétel);
• a réteg kialakításának módja szerint.

Kétféleképpen lehet réteget kialakítani. Az első az, hogy a poranyagot először a platformra öntik, hengerrel vagy késsel elosztva egy adott vastagságú egyenletes anyagréteget hoznak létre. A por szelektív feldolgozása lézerrel vagy a porszemcsék más összekapcsolási módszerével (olvasztással vagy ragasztással) történik a CAD modell jelenlegi szakasza szerint. A felépítés síkja változatlan, a por egy része érintetlen marad. Ezt a módszert szelektív szintézisnek, valamint szelektív lézeres szinterezésnek nevezik, ha az összekötő eszköz lézer. A második módszer az anyag közvetlen lerakódásából áll az energiaellátás helyén.

Az ASTM ipari szabványszervezet 7 kategóriába sorolja a 3D-s additív technológiákat.

1. Anyagextrudálás. Egy pasztaszerű anyagot, amely kötőanyag és fémpor keveréke, egy fűtött extruderen keresztül táplálják be az építési helyre. Az elkészített nyers modellt sütőbe helyezzük, hogy eltávolítsuk a kötőanyagot és szintereljük a port – ahogy az a hagyományos technológiákban történik. Ezt az adaléktechnológiát az MJS (Multiphase Jet Solidification), FDM (Fused Deposition Modeling), FFF (Fused Filament Fabrication) márkanevek alatt valósítják meg.
2. Fröccsenő anyag. Például a Polyjet technológiában a viaszt vagy a fotopolimert egy többsugaras fejen keresztül vezetik be az építési pontba. Ezt az adalékos technológiát Multi jetting Material-nak is nevezik.
3. Kötőanyag fröccsenése. Ide tartoznak a jet Ink-Jet technológiák, amelyek segítségével nem modellanyagot, hanem kötőanyagot fecskendeznek be az építési zónába (ExOne additív gyártástechnológia).
4. A lemezragasztás polimer fólia, fémfólia, papírlapok stb. használható. Például a Fabrisonic ultrahangos adalékanyag-gyártási technológiájában használják. A vékony fémlemezeket ultrahanggal hegesztik, majd marással távolítják el a felesleges fémet. Az additív technológiát itt a kivonóval kombinálva alkalmazzuk.
5. Fotopolimerizáció a fürdőben. A technológia folyékony modellanyagokat - fotopolimer gyantákat - használ. Ilyen például a 3D Systems SLA technológiája és az Envisiontec, a Digital Light Procession DLP technológiája.
6. Olvadó anyag előre kialakított rétegben. Olyan SLS technológiákban használják, amelyek lézert vagy termikus fejet (SHS a Blueprintertől) használnak energiaforrásként.
7. Közvetlen energiaellátás az építés helyére. Az olvadáshoz szükséges anyag és energia egyszerre jut be az építési pontba. Munkatestként fejet használnak, amely energia- és anyagellátó rendszerrel van felszerelve. Az energia koncentrált elektronsugár (Sciaky) vagy lézersugár (POM, Optomec) formájában érkezik. Néha a fejet a robot "karjára" szerelik.

Ez a besorolás sokkal többet beszél az additív technológiák bonyolultságáról, mint az előzőek.

Alkalmazások

Az additív technológiák piaca a fejlődés dinamikájában megelőzi a többi iparágat. Átlagos éves növekedését 27%-ra becsülik, és az IDC szerint 26,7 milliárd dollár lesz 2019-re, szemben a 2015-ös 11 milliárd dollárral.

Az AT-piac azonban még nem szabadította fel a fogyasztási cikkek gyártásában rejlő kiaknázatlan lehetőségeket. A vállalat egy termék előállítási költségéből származó pénzeszközeinek legfeljebb 10%-át a prototípus elkészítésére fordítja. És sok cég már elfoglalta a piac ezen szegmensét. De a másik 90% a gyártásra megy, így a jövőben az iparág fő fókusza a gyorsan elkészíthető alkalmazások készítése lesz.

2014-ben a gyors prototípusgyártás részesedése az additív technológiák piacán, bár csökkent, de továbbra is a legnagyobb - 35%, a gyorsgyártás részaránya nőtt és elérte a 31%-ot, az eszközök létrehozásának részesedése továbbra is 25%, a a többit a kutatás és az oktatás számolta el.

A gazdasági ágazatok szerint az AT technológiák alkalmazása a következőképpen oszlott meg:

• 21% - fogyasztási cikkek és elektronikai cikkek gyártása;
• 20% - autóipar;
• 15% - orvostudomány, beleértve a fogászatot is;
• 12% - repülőgépipar és űripar;
• 11% - termelőeszközök előállítása;
• 8% - katonai felszerelés;
• 8% - oktatás;
• 3% - építőipar.

Amatőrök és profik

Az AT technológiai piac amatőrre és professzionálisra oszlik. A hobbipiacon megtalálhatók a 3D nyomtatók és azok karbantartása, amely magában foglalja a szervizt, a fogyóeszközöket, szoftver, és egyéni rajongók számára készült, az oktatás területére és az ötletek megjelenítésére és a kommunikáció megkönnyítésére az új üzletfejlesztés kezdeti szakaszában.

A professzionális 3D nyomtatók drágák és alkalmasak a hosszabb reprodukálásra. Nagy építési területtel, termelékenységgel, pontossággal, megbízhatósággal és kibővített modellanyag-kínálattal rendelkeznek. Ezek a gépek egy nagyságrenddel összetettebbek, és speciális készségek fejlesztését igénylik magukkal az eszközökkel, modellanyagokkal és szoftverekkel. Általában az additív technológiákkal foglalkozó, felsőfokú műszaki végzettséggel rendelkező szakember válik egy professzionális gép kezelőjévé.

Az additív technológiák 2015-ben

A 2015-ös Wohlers-jelentés szerint 1988 és 2014 között 79 602 ipari 3D nyomtatót telepítettek világszerte. Ugyanakkor az 5 ezer dollárnál nagyobb értékű készülékek 38,1%-a az Egyesült Államokban, 9,3%-a - Japánban, 9,2%-a - Kínában, 8,7%-a pedig Németországban található. A világ többi része messze elmarad a vezetőktől. 2007 és 2014 között az asztali nyomtatók éves értékesítése 66 darabról 139 584 darabra nőtt. 2014-ben az eladások 91,6%-a asztali 3D-nyomtatókból, 8,4%-a pedig ipari AM-gépekből származott, ami azonban a teljes forgalom 86,6%-át, vagyis abszolút értékben 1,12 milliárd dollárt tett ki. Az asztali gépek 173,2 millió dollárral és 13,4%-kal elégedettek voltak. 2016-ban az eladások várhatóan 7,3 milliárd dollárra, 2018-ban 12,7 milliárd dollárra nőnek, 2020-ban a piac eléri a 21,2 milliárd dollárt.

Wohlers szerint az FDM technológia elterjedt, világszerte mintegy 300 márkával, naponta új módosításokkal. Egy részüket csak helyben értékesítik, így nagyon nehéz, ha nem lehetetlen információt találni a gyártott 3D nyomtatók márkáiról. Bátran kijelenthetjük, hogy számuk a piacon napról napra növekszik. A méretekben és az alkalmazott technológiákban nagy a választék. A berlini BigRep cég például egy BigRep ONE.2 nevű hatalmas FDM nyomtatót gyárt 36 ezer eurós áron, amely akár 900 x 1055 x 1100 mm méretű objektumok nyomtatására is képes 100-1000 mikronos felbontással, kettő extruderek és különböző anyagok felhasználásának lehetősége.

Ipar - számára

A légiközlekedési ipar jelentős mértékben fektet be az additív gyártásba. Az adalékos technológiák alkalmazása 10-szer csökkenti az alkatrészek gyártására fordított anyagok fogyasztását. A GE Aviation várhatóan 40 000 fúvókát gyárt majd évente. 2018-ra pedig az Airbus havonta akár 30 tonna alkatrészt is ki fog nyomtatni. A cég az így előállított alkatrészek jellemzőiben jelentős javulást tapasztal a hagyományoshoz képest. Kiderült, hogy a tartó, amelyet 2,3 tonnás terhelésre terveztek, valójában akár 14 tonnás terhelést is elbír, miközben a felére csökkenti a súlyát. Ezenkívül a cég alumíniumlemez alkatrészeket és üzemanyag-csatlakozókat nyomtat. Az Airbus repülőgépeken 60 000 alkatrészt nyomtattak a Stratasys Fortus 3D nyomtatóira. A repülőgépiparban más cégek is alkalmaznak additív gyártástechnológiákat. Köztük: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce és SpaceX.

A digitális adalékanyagokat már számos fogyasztói termék gyártása során alkalmazzák. A Materialize, egy adalékanyag-gyártó szolgáltatásokat nyújtó cég, a Hoet Eyeware-rel együttműködve szemüvegeket és napszemüvegeket gyárt. A 3D modelleket számos felhőszolgáltatás biztosítja. Csak a 3D Warehouse és a Sketchup 2,7 millió tervet kínál. A divatipar sem marad ki. Az RS Print olyan rendszert használ, amely méri a talpnyomást a testreszabott talpbetétek nyomtatásához. A tervezők bikinikkel, cipőkkel és ruhákkal kísérleteznek.

Gyors prototípuskészítés

A gyors prototípuskészítés a termék prototípusának a lehető legrövidebb időn belüli elkészítése. Az additív gyártástechnológiák egyik fő alkalmazása. A prototípus egy termék prototípusa, amely az alkatrész alakjának optimalizálásához, ergonómiájának értékeléséhez, az összeszerelés lehetőségének és az elrendezési megoldások helyességének ellenőrzéséhez szükséges. Éppen ezért az alkatrész átfutási idejének csökkentése jelentősen csökkentheti a fejlesztési időt. A prototípus lehet olyan modell is, amelyet aero- és hidrodinamikai tesztek elvégzésére vagy háztartási és orvosi berendezések testrészeinek működőképességének ellenőrzésére terveztek. Számos prototípust kísérleti tervezési modellként hoznak létre, konfigurációs árnyalatokkal, színösszeállítás színező oldalak stb. Az olcsó 3D nyomtatókat gyors prototípuskészítéshez használják.

Gyors gyártás

Az additív technológiáknak az iparban nagy kilátásai vannak. A hajógyártásban, az energetikában, a rekonstrukciós sebészetben és a fogorvoslásban, valamint a repülőgépiparban általános a bonyolult geometriájú termékek kisüzemi gyártása speciális anyagokból. A fémtermékek közvetlen termesztését itt a gazdaságosság indokolja, mivel ez olcsóbbnak bizonyult. Additív technológiák felhasználásával turbinák és tengelyek munkatesteit, implantátumokat és endoprotéziseket, autó- és repülőgépalkatrészeket gyártanak.

A gyors gyártás fejlődését a rendelkezésre álló fémpor anyagok számának jelentős bővülése is elősegítette. Ha 2000-ben 5-6 féle por volt, most már széles választékot kínálnak, több tucat összetételt a szerkezeti acéloktól a nemesfémekig és a hőálló ötvözetekig.

Ígéretesek az additív technológiák a gépgyártásban is, ahol tömeggyártáshoz szükséges szerszámok és szerelvények - fröccsöntő gépek betétei, öntőformák, sablonok - gyártásában is alkalmazhatók.

Az Ultimaker 2 2016 legjobb 3D nyomtatója

A fogyasztói 3D nyomtatókat tesztelő és összehasonlító CHIP magazin szerint 2016 legjobb nyomtatói az Ultimaker Ultimaker 2, a Conrad Reniforce RF1000 és a MakerBot Replicator Desktop 3D Printer.

Az Ultimaker 2+ lerakódási modellezési technológiát használ továbbfejlesztett modelljében. A 3D nyomtatót a legkisebb, 0,02 mm-es rétegvastagság, rövid számítási idő, alacsony nyomtatási költség jellemzi (2600 rubel 1 kg anyagonként). Főbb jellemzők:

• a méret munkakamra- 223 x 223 x 305 mm;
• súly - 12,3 kg;
• fejméret - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• fej hőmérséklete - 180-260 ° C;
• rétegfelbontás - 150-60/200-20/400-20/600-20 mikron;
• nyomtatási sebesség - 8-24 mm 3 /s;
• XYZ pontosság - 12,5-12,55 mikron;
• anyag - PLA, ABS, CPE 2,85 mm átmérőjű;
• szoftver - Cura;
• támogatott fájltípusok - STL, OBJ, AMF;
• - 221 W;
• ár - 1895 euró az alapmodellért és 2495 euró a bővítettért.

Az ügyfelek véleménye szerint a nyomtató könnyen telepíthető és használható. Megjegyzik a nagy felbontású, önbeálló ágyat, a sokféle felhasznált anyagot, a nyílt forráskódú szoftverek használatát. A nyomtató hátrányai közé tartozik a nyomtató nyitott kialakítása, ami égési sérüléseket okozhat a forró anyag miatt.

LulzBot Mini 3D nyomtató

A PC Magazine Ultimaker 2 és Replicator Desktop 3D nyomtatója is bekerült a legjobb három közé, de itt a LulzBot Mini 3D nyomtató végzett az élen. A specifikációi a következők:

• munkakamra mérete - 152 x 152 x 158 mm;
• súly - 8,55 kg;
• fej hőmérséklete - 300 ° C;
• rétegvastagság - 0,05-0,5 mm;
• nyomtatási sebesség - 275 mm / s 0,18 mm rétegmagasságnál;
• anyag - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliészter, nylon, polikarbonát, PETG, PCTE, PC-ABS stb. 3 mm átmérőjű;
• szoftver - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl stb.;
• energiafogyasztás - 300 W;
• ár - 1250 USD.

Sciaky EBAM 300

Az egyik legjobb ipari adalékanyag-gyártó gép a Sciaky EBAM 300. A katódsugaras pisztoly akár 9 kg/óra sebességgel rak le fémrétegeket.

• a munkakamra mérete - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• vákuumkamra nyomás - 1x10 -4 Torr;
• energiafogyasztás - 42 kW-ig 60 kV feszültségen;
• technológia - extrudálás;
• anyag - titán és titánötvözetek, tantál, inconel, volfrám, nióbium, rozsdamentes acél, alumínium, acél, réz-nikkel ötvözet (70/30 és 30/70);
• maximális térfogat - 8605,2 l;
• ár - 250 ezer amerikai dollár.

Additív technológiák Oroszországban

Oroszországban nem gyártanak ipari osztályú gépeket. Egyelőre csak a Roszatomnál, a Moszkvai Állami Műszaki Egyetem lézerközpontjában folynak fejlesztések. Bauman, Stankin Egyetem, Szentpétervári Műszaki Egyetem, Ural szövetségi egyetem. Az Alfa oktatási és háztartási 3D nyomtatóit gyártó Voronezhselimmash ipari adalékanyag-telepítést fejleszt.

Ugyanez igaz a fogyóeszközökre is. A porok és porkészítmények fejlesztésének vezetője Oroszországban a VIAM. A permi Aviadvigatel megrendelésére adalékos technológiákhoz port gyárt, amelyet turbinalapátok restaurálására használnak. Az Összoroszországi Könnyűötvözetek Intézetében (VILS) is előrelépés történt. A fejlesztést különböző mérnöki központok végzik szerte Orosz Föderáció. A Rostec, az Orosz Tudományos Akadémia uráli részlege, az Uráli Szövetségi Egyetem saját projektjeit fejleszti. De mindegyik még egy kis, évi 20 tonna porigényt sem képes kielégíteni.

Ezzel kapcsolatban a kormány utasította az Oktatási és Tudományos Minisztériumot, a Gazdaságfejlesztési Minisztériumot, az Ipari és Kereskedelmi Minisztériumot, a Hírközlési Minisztériumot, az Orosz Tudományos Akadémiát, a FASO-t, a Roszkoszmosz, a Roszatom, a Rosstandart és a fejlesztési intézményeket, hogy összehangolt fejlesztési és kutatási programot hozzon létre. Ennek érdekében további költségvetési előirányzatok elkülönítését javasolják, valamint megfontolandó az NWF és egyéb forrásokból történő társfinanszírozás lehetősége. Javasolt újak támogatása, beleértve az adalékanyagokat is, az RVC-nek, a Rosnano-nak, a Skolkovo Alapítványnak, az EXIAR exportügynökségnek és a Vnesheconombanknak. Szintén az Ipari és Kereskedelmi Minisztérium által képviselt kormány elkészíti az állami programnak az ipar versenyképességének fejlesztését és növelését célzó szakaszát.

Mint ismeretes, a 3D nyomtatásnak számos módja létezik, de mindegyik az additív gyártási technológia származéka. Függetlenül attól, hogy melyik 3D nyomtatót használja, a munkadarab felépítése az alapanyagok rétegenkénti hozzáadásával történik. Annak ellenére, hogy az additív gyártás kifejezést a hazai mérnökök nagyon ritkán használják, a rétegről rétegre történő szintézistechnológiák valójában megszállták a modern ipart.

Kirándulás az additív gyártás múltjába

A digitális gyártás az orvostudományban, a repülésben, a késztermékek gyártásában és a prototípusgyártásban találta meg alkalmazását. Bár a 3D nyomtatást a huszonegyedik század egyik fő felfedezésének tartják, a valóságban az additív technológiák már évtizedekkel korábban megjelentek.

Az iparág úttörője Charles Hull, a 3D Systems alapítója volt. 1986-ban egy mérnök összeállította a világ első sztereolitográfiai 3D nyomtatóját, amivel a digitális technológia óriási előrelépést tett. Körülbelül ugyanebben az időben Scott Crump, aki később megalapította a Stratasyst, kiadta a világ első FDM-gépét. Azóta a 3D nyomtatási piac gyorsan növekszik, és az egyedi nyomtatóberendezések új modelljeivel bővült.

Eleinte az SLA és az FDM technológiák egymás mellett fejlődtek, kizárólag az irányba ipari termelés 1995-ben azonban megérkezett a fordulópont, amely az additív gyártási módszereket elérhetővé tette a nyilvánosság számára. Az MIT hallgatói, Jim Bredt és Tim Anderson rétegről rétegre anyagszintézis technológiát implementáltak egy hagyományos asztali nyomtató testébe. Így alakult meg a Z Corporation, amely sokáig vezető szerepet töltött be a háromdimenziós figurák otthoni nyomtatásában.

Additív gyártástechnológia – Az innováció kora

Manapság az AF-technológiákat mindenhol használják: a kutatószervezetek egyedi anyagok és szövetek készítésére használják őket, az ipari óriások pedig 3D nyomtatókat használnak az új termékek prototípus-készítésének felgyorsítására, az építészeti, ill. tervezőirodák végtelen építési lehetőségeket talált a 3D nyomtatásban, miközben a tervezőstúdiók adalékgépekkel szó szerint új életet leheltek a tervezési üzletágba.

A legpontosabb adaléktechnológia a sztereolitográfia, a folyékony fotopolimer rétegenkénti lézeres kikeményítésének módszere. Az SLA nyomtatókat elsősorban prototípusok, makettek és nagy pontosságú, nagy részletességű tervezési alkatrészek előállítására használják.

A szelektív lézeres szinterezés eredetileg a folyékony fotopolimerek térhálósításának fejlett módszereként jelent meg. Az SLS technológia lehetővé teszi porított anyagok tintaként történő használatát. A modern SLS nyomtatók alkalmasak kerámia agyag, fémpor, cement és összetett polimerek kezelésére.

Az öntödei iparban a közelmúltban megjelentek a klasszikus AF technológiát alkalmazó PolyJet gépek. Gyorsan kötőanyaggal töltött tintasugaras nyomtatófejekkel vannak felszerelve. A tintasugaras 3D nyomtatók egyelőre nem terjedtek el, de elképzelhető, hogy néhány éven belül a 3D tintasugaras nyomtatás ugyanolyan elterjedt lesz, mint a klasszikus nyomtatóeszközök. Az ExOne úttörő szerepet játszott az iparágban az S-Max prototípuskészítő gépével.

A legolcsóbbak továbbra is az FDM nyomtatók – olyan eszközök, amelyek háromdimenziós objektumokat hoznak létre egy izzószál rétegről rétegre történő lerakásával. Az ilyen típusú nyomtatók legelterjedtebbek azok, amelyek megolvadt műanyagszálakkal nyomtatnak. Felszerelhetők egy vagy több nyomtatófejjel, amelyek belsejében fűtőelem található.

A legtöbb műanyagot nyomtató additív nyomtató csak egyszínű formákat tud létrehozni, de az utóbbi időben olyan gépek jelentek meg a 3D nyomtatási piacon, amelyek egyszerre többféle filamentet használnak. Ez az innováció lehetővé teszi színes tárgyak létrehozását.

Az AF technológia kilátásai

Jelenleg a 3D-nyomtatási piac messze nem túltelített. Az iparági elemzők egyetértenek abban, hogy az additív gyártás fényes jövő előtt áll. Az AF fejlesztéseket alábecsülő kutatóközpontok már ma is hatalmas pénzügyi injekciókat kapnak a védelmi komplexumtól és az állami egészségügyi intézményektől, ami nem hagy kétséget a szakértői előrejelzések pontosságában!

Az additív módszerrel történő digitális gyártás egy tetszőleges bonyolultságú objektum rétegről-rétegre történő létrehozásából áll. Az additív technológiák alapvetően eltérnek a közelmúltig használtaktól. Legfőbb különbségük, hogy nem kivonhatóak, mint például a CNC feldolgozási módszer, hanem kollektívak. Más szavakkal, a terméket a porösszetétel által készített alkatrészekből állítják össze. Az öntéshez, sajtoláshoz vagy CNC megmunkáláshoz képest ez a technológia akár harmincszorosára növeli a termelékenységet, de ami a legfontosabb, olyan alkatrészek beszerzését teszi lehetővé, amelyeket hagyományos módszerekkel lehetetlen volt elkészíteni.

Az innovatív 3D additív technológiák lehetővé teszik bármilyen alakú és méretű modell létrehozását, mivel a rétegről rétegre történő szintézis folyamat rétegről rétegre megy végbe. Ez a gyártási módszer olyan módszert használ, mint a prototípuskészítés. Ez lehetővé teszi, hogy ne egy konkrét célra használható, kész objektumot hozzon létre, hanem annak prototípusát, amely lehetővé teszi a modell képességeinek, jellemzőinek, külső adatainak stb.

A prototípusok bemutathatók az ügyfeleknek, és marketing célokra is felhasználhatók. Például az autóbemutatókon gyakran gyors prototípus-modelleket használnak a potenciális ügyfeleknek való bemutatásra. Ez a technológia lehetővé teszi a prototípusok gyors és legfőképpen olcsó előállítását a szabványos gyártási módszerekhez képest.

Az additív gyártási technológiákat széles körben alkalmazzák a tervezési költségek csökkentésére azáltal, hogy a tervezés korai szakaszában azonosítják a lehetséges hibákat. Ráadásul ez a technológia csökkenti a piacra kerülési időt azáltal, hogy erősíti a kapcsolatot a megrendelő és a tervező között. Szinte teljesen kiküszöböli a prototípusok gyártásának fáradságos és hosszadalmas szakaszát.

A 3D additív technológiák fejlődésének története és hatóköre

Sokan a 3D nyomtatást a 21. század találmányának tartják, de az additív nyomtatás technikája az 1980-as évekre nyúlik vissza. Az apját pedig Ch. Hullnak tartják – aki az első SLA technológián dolgozó sztereolitográfiai 3D nyomtatót tervezte. Hamarosan egy másik mérnök, S. Kramp tudott megtervezni és megépíteni egy FDM nyomtatót. És annak ellenére, hogy ezek a nyomtatási technológiák kissé eltérnek egymástól, egyetlen elv egyesíti őket - a háromdimenziós modell rétegenkénti növekedése. A kilencvenes évek végére mindkét technológiát elkezdték alkalmazni az iparban. Kicsit később a 3D technológiát a Massachusetts Institute két hallgatója vezette be az asztali nyomtatókba, ma pedig az additív technológiákat, a 3D modellezési technológiákat széles körben alkalmazzák nemcsak a gyártásban, hanem a mindennapi életben is.

Pillanatnyilag modern technológiák A digitális gyártást az építőiparban, az építészetben, az orvostudományban, a kozmonautikában, a gépészetben és más tevékenységi területeken alkalmazzák. Például a gépgyártás additív technológiái lehetővé teszik olyan modellek kiváló minőségű prototípusainak létrehozását, amelyek segítenek tanulmányozni egy jövőbeli termék vagy egység összes jellemzőjét. A prototípuskészítésben a leggyakrabban alkalmazott sztereolitográfiai AF-nyomtatási módszer, melynek során a folyékony polimer rétegeit lézerrel szilárdítják meg. A technika lehetővé teszi a legösszetettebb objektumok prototípusainak előállítását sok kis elemmel, beleértve a nem szabványos formákat is.

Milyen problémákat old meg az additív technológiák alkalmazása a digitális gyártásban?

Az integrált számítógépes digitális gyártásvezérlő rendszer numerikus modellezést, háromdimenziós (3D) vizualizációt, mérnöki elemzést és együttműködési eszközöket tartalmaz, amelyek a terméktervezés és a technológiai folyamatok gyártásuk.

A digitális gyártástervezés a gyártás technológiai előkészítésének koncepciója egyetlen virtuális környezetben, tervezési, ellenőrzési és szimulációs eszközök segítségével. termelési folyamatok. A digitális gyártási technológiák mindenekelőtt a digitális tervezés fizikai objektummá alakításának folyamatai.

Az additív technológiák alkalmazása megoldja a digitális iparágak olyan problémáit, mint a meglévő, hatékony gépgyártó iparágak korszerűsítése és automatizálása, valamint új, hatékony gépgyártó iparágak tervezése különféle célokra, berendezésekhez és rendszerekhez, valamint termelési és technológiai folyamatokhoz automatizált rendszerek felhasználásával. a gyártás technológiai előkészítése.

Az additív technológiákat aktívan használják az energetikában, a műszerezésben, a repülési iparban, az űriparban, ahol nagy szükség van összetett geometriájú termékekre.Oroszországban sok vállalkozás már megismerkedett az additív technológiákkal. Felhívjuk figyelmét anyag az almanachból"Production Management", amely számos példát ír le a 3D nyomtatás hatékony megvalósítására.

Az additív technológiák lehetővé tették bármilyen bonyolultságú és geometriájú alkatrészek gyártását technológiai korlátozások nélkül. Az alkatrész geometriája a tervezési és tesztelési szakaszban megváltoztatható.

A fájlok nyomtatásra való előkészítése szabványos szoftverrel ellátott számítógépeken történik, az STL fájlokat elfogadják a munkához. Ez egy széles körben használt formátum a háromdimenziós objektumok tárolására a sztereolitográfiai 3D nyomtatók számára. A projektbe történő beruházás körülbelül 60 millió rubelt tett ki.

Alexander Zdanevich, az NPK United Wagon Company IT igazgatója: „Az additív nyomtatási technológiák fejlődnek, és valószínűleg a közeljövőben számos iparág arculatát fogják megváltoztatni. Ez elsősorban azokat a vállalkozásokat érinti, amelyek meghatározott megrendelésre darabárut gyártanak. A tömeggyártásnál bonyolultabb a helyzet, bár ezen a területen már különböző típusú 3D nyomtatókat használnak.

Számos technológia létezik a tömeges szintézishez. Az egyik ígéretes az ipari megvalósítás számára. A folyamat két szakaszra osztható. Az első szakaszban egy építőréteget alakítanak ki folyékony fotopolimer formájában, egyenletesen elosztva a munkafelület felületén. Ezután ennek a rétegnek a szakaszainak szelektív kikeményítése következik a számítógépre épített 3D modell aktuális szakaszának megfelelően.

A vasútmérnökség tekintetében ez a technológia az öntödei gyártás előkészítésének szakaszában, különösen egy öntödei berendezés gyártásánál alkalmazható. Ugyanazt az öntvényhez egyedi szerszámkészletet használják a megfelelő öntőformák több ezer gyártási ciklusához.

A végtermék minősége közvetlenül függ a tervezők által a szerszámkészlet gyártási folyamata során megadott összes paraméter pontosságától. Az anyagok (fém, műanyag, esetenként fa) mechanikai feldolgozásával egy szerszámkészlet előállításának hagyományos módja nagyon munkaigényes és hosszadalmas (néha több hónapig is eltarthat), ugyanakkor érzékeny a hibákra.

A "nyomtatott" modellekbe más alkatrészek és szerelvények is beágyazhatók. A 3D nyomtatás teljes mértékben megtérül a prototípuskészítés nagy sebességének, valamint a közvetlenül a WGC-ben történő „fejlesztés az asztalon” miatt, ami sok időt és pénzt takarít meg, mint a teljes méretű minták elkészítése a „hardverben” a gyártás során. .

Jelentős munkát végez az additív technológiák népszerűsítésében Rosatom állami vállalat. A vezetőség bízik abban, hogy hamarosan az állami vállalat rendelkezésére áll a "digitális termelés" minden összetevője - az anyagok, berendezések, technológiák fejlesztésétől a termékek előállításáig. Az ipar az additív technológiákra vonatkozó programot hajt végre, ez alszekciókból áll: technológia, alapanyagok, berendezések, szabványosítás. Három intézet vesz részt a 3D nyomtatáshoz szükséges fémporok előállítására szolgáló technológiák fejlesztésében a Rosatomban: Giredmet, VNIIKhT, VNIINM. Ezzel párhuzamosan folynak a munkálatok egy 3D nyomtató prototípusának létrehozásán, fém- és kompozit termékek 3D nyomtatására. A Rosatom 2017 végéig tervezi a minta benyújtását.

A 3D nyomtatás teljes mértékben megtérül a prototípuskészítés nagy sebességének, valamint a közvetlenül a WGC-ben történő „fejlesztés az asztalon” miatt, ami sok időt és pénzt takarít meg, mint a teljes méretű minták elkészítése a „hardverben” a gyártás során. .

„2018 elejére le kell zárnunk az adaléktechnológiák teljes ciklusát a Rosatomon belül. Még egy évre van szükségünk saját kísérleti üzemünk beindításához, és körülbelül ugyanekkora időre van szükségünk, hogy megegyezésre jussunk minden olyan féllel, amely az alkalmazott szabályozási komponenst biztosítja” – mondta Alexey Dub.

A Rosatom struktúrájában adaléktechnológiákat fejlesztenek a TVEL üzemanyag-vállalatban, amely aktívan együttműködik az UrFU-nál létrehozott regionális mérnöki központtal, és egy orosz 3D nyomtató létrehozásán dolgozik. Az Uráli Elektrokémiai Kombinát és vállalkozásai számára a porkohászat nem újdonság. Például az elektrokémiai konverterek üzemében porokat használtak az urán gáznemű diffúziójához az izotópok szétválasztásához, valamint forraszokhoz és felületi permetezéshez.

A Tomszki Politechnikai Egyetem "Modern gyártási technológiák" tudományos és oktatási központjában

A lézernyomtatók egyik úttörője a "Modern Termelési Technológiák" Tudományos és Oktatási Központ. Tomszki Politechnikai Egyetem. Fel van szerelve elektronsugaras fúziós (elektronsugaras) nyomtatóval, lézernyomtatóval, erősített kompozitokat nyomtató nyomtatókkal, valamint ultrahangos tomográffal, amely itt, „a gépnél” végzi a késztermékek roncsolásmentes vizsgálatát. A központ szakemberei AM-telepítéseket gyártanak, ezekhez szoftvereket fejlesztenek, és túl kívánnak lépni a „laboratóriumon”.

A TPU Additív Technológiák Központja felállította a teljes gyártási ciklust – az ötlettől a késztermék megvalósításáig. Burkolat alkatrészeket gyárthat és tesztelhet űrhajók, implantátumok koponya-arcsebészethez, összetett formájú termékek és még sok más, valamint új digitális installációk létrehozása, például az ISS-en lévő nyomdaműszerek számára. „Egyedülálló technológiáink segítségével olyan importpótló termékeket készíthetünk, amelyek többszöröse olcsóbbak az import analógoknál, miközben a minőség sem rosszabb” – mondta Vaszilij Fedorov, a központ igazgatója.

Az additív technológiák fejlesztésének is vannak korlátai.

• Először is, a technológia magas költsége (berendezések és anyagok), azonban a technológiai fejlesztés folyamatában az ár fokozatosan csökken.
• Másodszor, hiány van a technológiát ismerő szakképzett személyzetből.
• Harmadszor, az elégtelen fejlesztés, a metrológiai alátámasztás hiánya aggodalomra ad okot a nagy értékű alkatrészek gyártásában.
• Az AM-eljárások (Additive Manufacturing) még nincsenek beépítve a termékek gyártási technológiájába.„Nyilvánvaló, hogy egyetlen felelős tervező sem épít be egy alkatrészt egy felelős termékbe anélkül, hogy tudná, mennyi ideig fog tartani” – kommentálta Alexey Dub.
• Fontos feladat az adaléktermékek, technológiai eljárások, porok és összetételek tanúsítási és szabványosítási rendszerének kialakítása. E kérdések megoldására a Rosstandartnál egy technikai bizottságot hoztak létre, amely az adaléktechnológiák területére vonatkozó szabályozási dokumentáció létrehozásán dolgozik.

A 3D nyomtatás kezd elterjedni az egész világon, és ezen a téren Oroszország sem maradhat le. Ezen technológiák alkalmazása lehetővé teszi a termék költségének csökkentését, a tervezés és a gyártás felgyorsítását.

- Denis Manturov, az Ipari és Kereskedelmi Minisztérium vezetője

Következtetés

A népszerűség folyamatosan növekszik. Bár a világpiac teljes volumene viszonylag csekély (körülbelül 6 milliárd dollár), az éves növekedési ütem nem hagyhatja el a benyomást - átlagosan 20-30%. Az additív technológiák iparágban betöltött szerepének megítélésében azonban továbbra sincs egyetértés: egyesek szerint a 3D nyomtatási módszerek bevezetése a hagyományos értelemben vett iparág hanyatlásához vezet, mások szerint a 3D nyomtatók csak az egyik eleme termelési sémák. De a meglévő nézeteltérések ellenére az adaléktechnológiák nagy kilátásai az iparban nem tagadhatók.

A bonyolult geometriájú és meghatározott anyagokból készült termékek közvetlen termesztése gazdasági szempontból igen jövedelmező. Anyagot, időt takarít meg, csökkenti a hibák kockázatát. A 3D nyomtatók megszűntek "drága játéknak" lenni, mára elfoglalják az őt megillető helyet a kulcsfontosságú technológiák között

Könyvelés