Aditivní technologie: popis, definice a aplikace k dispozici hodnocení. Aditivní technologií v průmyslu

3D technologie tisku byl představen v roce 1986, kdy společnost 3D Systems vyvinula první speciální tiskárnu - stereolithography stroj, který je široce používán v obranném průmyslu. První stroje byly velmi drahé, a volba materiálu pro vytvoření modelů byl omezen. Rychlý vývoj trojrozměrného tisku začalo s vývojem designu techniky (CAD), výpočty a simulace (CAE) a obrábění (CAM). A dnes je těžké najít oblast výroby, které by použili 3D-tiskárny :. Použijte je k výrobě částí letadel, kosmických lodí, ponorek, nástroje, protézy a implantáty, šperky apod Perspektiva je zřejmý - aditivní technologií v blízké budoucnosti bude prioritou ze strojírenské technologie ,

Vedoucí země světa jsou aktivně zapojeni do 3D-racing. Takže v roce 2012, Yangstoune, Ohio, otevřel Národní inovační institut aditivní výrobní NAMII - první centrum aditivních technologií patnáct vyrobených ve Spojených státech. Strojový park ústav má již 10 doplňkových strojů, z nichž tři jsou nejmodernější stroje pro vytvoření kovových dílů.

Terminologie a klasifikace

Podstatou technologie aditiv je kombinace materiálů pro vytvoření datové objekty z 3D modelu vrstvu po vrstvě. To se liší od konvenčních subtraktivní výrobních technik, z čehož vyplývá, obráběcí - odstraňování materiálu z obrobku.

Aditivní technologie je klasifikován:

• použitými materiály (kapalina, částice, polymerní, kovový prášek);
• přítomností laseru;
• metodou upevnění konstrukce vrstvy (vliv teploty, ozařování ultrafialovým nebo viditelným světlem, ve které pojivová kompozice);
• metodou tvorby vrstvy.

Existují dva způsoby vytváření vrstvy. První z nich je, že první plošina je nanesena na práškový materiál, je dělené nebo váleček nůž vytvořit rovnoměrnou vrstvu požadované tloušťky materiálu. To nastane selektivní laserové zpracování prášek nebo jiný způsob práškových částic sloučeniny (tání nebo lepením) podle aktuální sekci CAD modelu. Konstrukční rovina se nemění, a některé z prášku zůstává neporušená. Tento proces se nazývá selektivní syntézy, stejně jako selektivní laserové slinování, je-li sloučenina nástroje je laser. Druhá metoda spočívá v přímé nanášení materiálu v sčítací bod energie.

Organizace ASTM, která vyvíjí průmyslových standardů, rozděluje 3D aditivní technologie do 7 kategorií.

1. Vytlačování materiálu. Při konstrukci bod předehřátého extrudéru přivádí pasty materiál, směs pojiva a kovového prášku. Vestavěný surový model je umístěn v peci pro odstranění pojiva a slinovací prášek - stejným způsobem, jak se to děje v tradičních technologií. Tato přísada technologie je realizován pod obchodními značkami MJS (vícefázový Jet tuhnutí, vícefázová tryskový tuhnutí), FDM (Fused Deposition Modeling, simulace podle layerwise tavení), FFF (Fused vlákna Příprava, Způsob výroby tavení vláken).
2. Stříkání materiálu. Například v PolyJet vosku nebo fotopolymerní technologie pro multi-jet hlavy se aplikuje na bodu konstrukce. Tato doplňková technologie je také nazýván multi tryskání materiálu.
3. Kropení pojivo. Ty zahrnují tryskové inkoustové-technologie vstřikování do výstavby zóny není model materiál, pojivo činidlo (aditivní výrobní technologie ExOne).
4. Sloučenina z deskových materiálů. Stavební materiál je polymerní fólie, kovová fólie, papír a další. Používá se například v ultrazvukové technologie aditiv Fabrisonic. Tenké kovové desky jsou svařeny ultrazvukem, načež přebytečný kov se odstraní frézováním. Aditivní technologie se používá ve spojení se subtraktivní.
5. Fotopolymerovací koupel. Tato technologie využívá tekutých modelovací hmoty - fotopolymerní pryskyřice. Příkladem je SLA-technologická společnost 3D Systems a DLP technologie Envisiontec společnost Digital Light procesí.
6. Teplota materiálu v předem vytvořené vrstvy. Používá se v SLS-technologie, za použití jako zdroje energie laseru nebo tepelné hlavy (firmy SHS Blueprinter).
7. Přímá energie součet až na místo stavby. Materiál a energie přivádí do jeho teplotou tavení v konstrukci současně. Tělo slouží jako pracovní hlavy, který je vybaven systémem pro zásobování energií a materiál. Energie je ve formě koncentrovaného paprsku elektronů (SCIAKY) nebo laserového paprsku (POM, Optomec,). Někdy hlava je namontována na „ruku“ robota.

Tato klasifikace je mnohem více hovoří o složitosti aditivní technologie než ty předchozí.

Oblasti využití

přísada na trhu technologií v dynamice vývoje dopředu ostatních průmyslových odvětví. Jeho průměrný roční růst odhaduje na 27%, v závislosti na společnosti IDC odhaduje, že do roku 2019 bude činit 26,7 miliardy dolarů, ve srovnání s 11 miliard v roce 2015

Nicméně na trhu AT má zatím odhalit nevyužitý potenciál v oblasti výroby spotřebního zboží. Až 10% společností z hodnoty produkce zboží spotřebováno na jeho výrobu prototypů. A mnohé podniky již přijaly tento segment trhu. Ale zbývajících 90% jde do výroby, takže vytváření aplikací pro rychlou výrobu produktů bude hlavní směr vývoje tohoto odvětví v budoucnosti.

V roce 2014 byl podíl rapid prototyping technologie na trhu přísady sice snížil, ale zůstal nejvyšší - 35%, podíl produkce rostla rychle a dosáhl podílu 31% na vytvoření nástrojů zůstal zůstala na 25%, zbytek připadá na výzkum a vzdělávání.

Hospodářskými odvětvími jsou AT-tech aplikace jsou rozděleny takto:

• 21% - spotřebního zboží a elektroniky;
• 20% - auto;
• 15% - vnitřní lékařství, včetně zubních lékařů;
• 12% - letecký a kosmický zpracovatelský průmysl;
• 11% - výroba výrobních prostředků;
• 8% - vojenského vybavení;
• 8% - formace;
• 3% - konstrukce.

Amatéři i profesionálové

AT-tech trh je rozdělen na amatérské i profesionální. Amatérský trh zahrnuje 3D-tiskárny a jejich údržby, který zahrnuje služby, spotřební materiál, software, a je určen pro individuální nadšenci, vzdělávání a vizualizaci nápadů a usnadnit komunikaci v počáteční fázi vývoje nových obchodů.

Profesionální 3D-tiskárny jsou drahé a jsou vhodné pro rozšířenou reprodukci. Mají velkou plochu konstrukce, výkonu, přesnost, spolehlivost, rozšířené modelové řady materiálů. Tyto stroje jsou mnohem složitější a vyžaduje vývoj speciálních dovedností pro práci se zařízeními sebou, s modelovými materiály a software. Typicky, obsluha stroje se stává profesionálním odborníkem na aditivních technologií s vyšším technickým vzděláním.

Aditivní technologie v roce 2015

Podle zprávy Wohlers Report 2015, 1988 a 2014 79 602 průmysl 3D-tiskárny byly instalovány po celém světě. . Současně 38,1% z těchto zařízení jsou dražší než 5 tisíc dolarů, jsou z USA, 9,3% - pro Japonsko, 9,2% - do Číny, a 8,7% - do Německa. Zbytek světa jsou daleko před vůdců. Od roku 2007 do roku 2014 se roční objem prodeje stolních tiskáren vzrostl z 66 na 139 584 jednotek. V roce 2014, 91,6% na obratu stolních 3D-tiskárny a 8,4% - pro průmyslové aplikace aditivní výroby, zisk, z něhož se však představovaly 86,6% z celkového počtu, nebo 1,12 miliardy amerických dolarů absolutním vyjádření. stolních počítačů spokojený 173,2 milionů dolarů a 13,4%. V roce 2016 očekáváme růst tržeb na 7,3 miliardy $, v roce 2018 - 12,7 mld v roce 2020 na trhu dosáhne 21,2 miliardy $.

Podle Wohlers, FDM technologie převažuje, v průměru asi 300 značek po celém světě, každý den přidáváme nové úpravy. Některé z nich jsou prodávány pouze lokálně, takže je velmi obtížné, ne-li nemožné, najít informace o počtu vyrobených značek 3D-tiskárny. S jistotou můžeme říci, že jejich počet na trhu se zvyšuje každým dnem. Tam je velká rozmanitost ve velikosti a použité technologie. Například společnost Berlin produkuje obrovské BigRep FDM-tiskárnu s názvem BigRep ONE.2 za cenu ve výši 36 tisíc. Euro, schopny tisknout objekty až do 900 x 1055 x 1100 mm s rozlišením 100-1000 mikronu, se dvěma extrudery a schopnost používat různé materiály.

Průmysl - pro

Letecký průmysl investuje značné prostředky do výroby přísady. Použití aditivní technologií sníží spotřebu materiálu vynaložených na výrobu dílů o 10 krát. Očekává se, že GE Aviation Company bude každoročně zveřejňovat 40 tisíc. Vstřikovače. A Airbus do roku 2018 byla firma bude tisknout až 30 tun dílů měsíčně. Společnost bere na vědomí významný pokrok ve vlastnostech vyráběných dílů takovým způsobem, ve srovnání s tradiční. Ukázalo se, že držák, který byl určen pro 2,3 tun nákladu, ve skutečnosti, vydrží zatížení až 14 tun a zároveň snížit jeho hmotnost o polovinu. Kromě toho společnost zveřejňuje podrobnosti hliníkového plechu a palivových konektorů. Letoun Airbus má 60 tisíc. Kusů, vytištění 3D tiskárna Stratasys Fortus Company. Ostatní společnosti letecký průmysl jsou také pomocí aditivní výrobní technologie. Mezi ně patří: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce a SpaceX.

Digitální aditivní technologie jsou již používány při výrobě různých spotřebního zboží. Společnost Materialise, poskytující služby aditivní výroby, spolupracující s HOET eyeware při výrobě skel pro korekci zraku a sluneční brýle. 3D-modely jsou vybaveny celou řadu cloudových služeb. Pouze společnosti 3D Warehouse a Sketchup nabídnout 2,7 milionu vzorků. Nezůstávají ve straně a módního průmyslu. RS Print používá systém, který měří tlak chodidlech, tisknout jednotlivé vložky. Návrháři experimentují s bikini, boty a šaty.

rapid prototyping

Pod rapid prototyping pochopit tvorbu prototypových výrobků v co nejkratším možném čase. Je to jeden z hlavních aplikací aditivních výrobních technologií. Prototyp - je druh výrobku, musí optimalizovat tvar části svého hodnocení ergonomie, schopností ověřování montážních a správnost rozvržení řešení. Proto je snížení životnosti výrobních dílů může výrazně snížit čas potřebný pro vývoj. Také prototyp může být model určený pro aerodynamické a hydrodynamické zkoušky nebo funkčnosti ověřování kouty domácností a zdravotnické techniky. Mnoho prototypy vytvořené jako průzkumný designu modelů s nuance v konfiguraci, barvy a zbarvení a tak dále. D. Pro rapid prototyping využívá levná 3D-tiskárny.

rychlá výroba

Technologie přísada v průmyslu mají skvělé vyhlídky. malá zmenšená výroba produktů s komplexní geometrií a konkrétních materiálů běžných v loďařství, energetice, rekonstrukční chirurgie a zubního lékařství, leteckém a kosmickém průmyslu. Přímá kultivace kovových výrobků je motivována ekonomické výhodnosti, protože tento způsob výroby je méně nákladná. S využitím aditivních technologií, aby pracovní orgány turbíny a hřídelí, implantáty a protézy a náhradní díly pro automobily a letadla.

Vývoj rychlé výroby a přispěl k výraznému zvýšení počtu dostupných kovových práškových materiálů. Pokud se v roce 2000 tam bylo 5-6 druhy prášků, nyní nabízí širokou škálu, činit až desítky skladeb z konstrukční oceli do drahých kovů a superslitin.

Slibné a aditivní technologie ve strojírenství, kde mohou být použity při výrobě nástrojů a nástroje pro sériovou výrobu - vložky pro vstřikovací stroje, formy, šablony.

Ultimaker 2 - nejlepší 3D tiskárna v roce 2016

Podle názoru CHIP časopis, který provedl testování a srovnání charakteristiky domácnosti 3D-tiskáren, nejlepší tiskárny 2016 model, Ultimaker jsou 2 podniků Ultimaker, Reniforce RF1000 společnost Conrad a 3D Replicator Desktop společnost tiskárna MakerBot.

Ultimaker 2+ v jeho vylepšený model využívá simulační technologie fúzí. 3D tiskárna liší nejmenší tloušťka vrstvy 0,02 mm, malý výpočet času, nízké náklady na tisk (2600 rub na 1 kg materiálu). Klíčové vlastnosti:

• velikost pracovní komory - 223 x 223 x 305 mm;
• hmotnost - 12,3 kg;
• velikost hlavy - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• die teplota - 180-260 ° C;
• Rozlišení vrstva - 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikrometrů;
• Rychlost tisku - 8-24 mm ³ / s;
• přesnost XYZ - 12,5-12,55 mikrometrů;
• materiál - PLA, ABS, průměr CPE 2,85 mm;
• Software - Cura;
• Podporované typy souborů - STL, OBJ, AMF;
• Příkon - 221 W;
• cena - 1895 euro, a základní model 2495 euro prodloužena.

Podle hodnocení zákazníků, tiskárna je světlo k instalaci a používání. Slaví s vysokým rozlišením, self-úpravě postel, velké množství použitého materiálu, používání open source softwaru. Mezi nevýhody patří tiskárna otevřít design tiskárny, což může vést k popálení horkým materiálem.

3D LulzBot Mini Printer

V recenzi časopisu PC Magazine Ultimaker 2 a 3D Replicator Desktop Printer také vstoupil mezi prvními třemi, ale tady v první řadě byl LulzBot tiskárna 3D tiskárna Mini. Svými parametry jsou následující:

• velikost pracovní komory - 152 x 152 x 158 mm;
• Hmotnost - 8.55 kg;
• die teplota - 300 ° C;
• tloušťka vrstvy - 0,05 - 0,5 mm;
• Rychlost tisku - 275 mm / s při výšce 0,18 mm silné vrstvě;
• materiál - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, polyester, nylon, polykarbonát, PETG, PCTE, PC-ABS, a jiní průměr 3 mm.
• Software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl atd.;
• Příkon - 300 W;
• cena - $ 1 250.

Sciaky EBAM 300

Jeden z nejlepších průmyslových strojů aditivní výroby je EBAM 300 firem Sciaky. Elektronového děla způsobí, že kovové vrstvy při rychlosti až 9 kg za hodinu.

• velikost pracovní komory - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• tlak v podtlakové komory - 1x10 ^-4 Torr;
• Spotřeba energie - až 42 kW při napětí 60 kV;
• Technologie - vytlačování;
• materiál - titan a slitiny titanu, tantalu, inconel, wolfram, niob, nerezavějící ocel, hliník, ocel, měď-niklové slitiny (70/30 a 30/70);
• maximální množství - 8605.2 litrů;
• cena - 250 tisíc dolarů ..

Aditivní technologií v Rusku

industrial grade stroje v Rusku nevyrábějí. Zatímco pouze vyvíjeny v „Rosatom“, laserové centrum MSTU. Bauman University "STANKIN" Polytechnic University of St. Petersburg se Uralský federální univerzita. „Voronezhselimmash“, produkovat vzdělávací a domácí 3D-tiskárny „Alpha“, vyvíjí komerční aditivní rostlinu.

Stejná situace se zásobami. Vedoucí vývoje prášků a práškových formulací v Rusku je VIAM. Jsou vyráběny prášek pro aditivní technologie se používají při obnově turbínových lopatek, pořadím permu „letecké motory». Pokrok je i na All-ruské institutu lehkých slitin (kol). Vývoj různé technické center v celé Ruské federaci. „Rostec“ Ural pobočka Ruské akademie věd, UFU vést jejich rozvoj. Ale stále nejsou schopni splnit i malou poptávku po 20 tun prášku ročně.

V tomto ohledu vláda pověřila ministerstvo školství, ministerstvo pro hospodářský rozvoj, ministerstvo průmyslu, ministerstvo komunikací, Ruské akademie věd, Fano, „Roscosmos“, „Rosatom“, „Rosstandart“ rozvojové instituce zavést koordinovaný rozvoj programu a výzkum. Neboť se navrhuje vyčlenit další rozpočtové příděly, stejně jako zvážit možnost spolufinancování na úkor národního sociálního fondu a jiných zdrojů. Je doporučeno, aby podpořila novou výrobní technologii, v sv. H. Doplněk, merů, „Rosnano“ Fond „Skolkovo“, exportní agentura „EXIAR“, „Vnesheconombank“. Vláda je také zastoupena průmyslu a obchodu Ministerstvo připraví část státního programu pro rozvoj a zlepšení konkurenceschopnosti průmyslu.