Aditívne technológie: opis, definícia a aplikácie k dispozícii hodnotení. Aditívne technológií v priemysle

3D technológia tlače bol predstavený v roku 1986, kedy spoločnosť 3D Systems vyvinula prvý špeciálnu tlačiareň - stereolithography stroj, ktorý je široko používaný v obrannom priemysle. Prvé stroje boli veľmi drahé, a voľba materiálu pre vytvorenie modelov bol obmedzený. Rýchly vývoj trojrozmerného tlače začalo s vývojom dizajnu techniky (CAD), výpočty a simulácie (CAE) a obrábanie (CAM). A dnes je ťažké nájsť oblasť výroby, ktoré by použili 3D-tlačiarne:. Použite je na výrobu častí lietadiel, kozmických lodí, ponoriek, nástroje, protézy a implantáty, šperky apod Perspektiva je zrejmý - aditívne technológií v blízkej budúcnosti bude prioritou zo strojárenskej technológie ,

Vedúci krajiny sveta sú aktívne zapojení do 3D-racing. Napríklad v roku 2012 v Yangstoune, Ohio, otvoril Národný inovačný inštitút aditívne výrobnej nami - prvé centrum aditívnych technológií pätnásť vyrobených v Spojených štátoch. Strojový park ústav má už 10 doplnkových strojov, z ktorých tri sú najmodernejšie stroje pre vytvorenie kovových dielov.

Terminológia a klasifikácia

Podstatou technológie aditív je kombinácia materiálov pre vytvorenie dátové objekty z 3D modelu vrstvu po vrstve. To sa líši od konvenčných subtraktívnu výrobných techník, z čoho vyplýva, obrábacie - odstraňovanie materiálu z obrobku.

Aditívne technológie je klasifikovaný:

• použitými materiálmi (kvapalina, častice, polymérne, kovový prášok);
• prítomnosťou lasera;
• metódou upevnenia konštrukcie vrstvy (vplyv teploty, ožarovanie ultrafialovým alebo viditeľným svetlom, v ktorej spojivové kompozície);
• metódou tvorby vrstvy.

Existujú dva spôsoby vytvárania vrstvy. Prvý z nich je, že prvý plošina je nanesená na práškový materiál, je delené alebo valček nôž vytvoriť rovnomernú vrstvu požadovanej hrúbky materiálu. To nastane selektívne laserové spracovanie prášok alebo iný spôsob práškových častíc zlúčeniny (topenie alebo lepením) podľa aktuálnej sekcii CAD modelu. Konštrukčné rovina sa nemení, a niektoré z prášku zostáva neporušená. Tento proces sa nazýva selektívne syntézy, rovnako ako selektívne laserové spekanie, ak je zlúčenina nástroja je laser. Druhá metóda spočíva v priamej nanášaní materiálu v sčítací bod energie.

Organizácia ASTM, ktorá vyvíja priemyselných štandardov, rozdeľuje 3D aditívne technológie do 7 kategórií.

1. Vytláčanie materiálu. Pri konštrukcii bod predhriateho extrudéra privádza pasty materiál, zmes spojiva a kovového prášku. Vstavaný surový model je umiestnený v peci na odstránenie spojiva a spekacie prášok - rovnakým spôsobom, ako sa to deje v tradičných technológií. Táto prísada technológia je realizovaný pod obchodnými značkami MJS (viacfázový Jet tuhnutia, viacfázové tryskový tuhnutia), FDM (Fused Deposition Modeling, simulácia podľa layerwise tavenie), FFF (Fused vlákna Príprava, Spôsob výroby tavenia vlákien).
2. Striekanie materiálu. Napríklad v PolyJet vosku alebo fotopolymérnych technológie pre multi-jet hlavy sa aplikuje na bode konštrukcie. Táto doplnková technológia je tiež nazývaný multi tryskanie materiálu.
3. Kropenie spojivo. Tie zahŕňajú tryskové atramentové-technológie vstrekovania do výstavby zóny nie je model materiál, spojivo činidlo (aditívne výrobnej technológie exónov).
4. Zlúčenina z doskových materiálov. Stavebný materiál je polymérnej fólie, kovová fólia, papier a ďalšie. Používa sa napríklad v ultrazvukovej technológie aditív Fabrisonic. Tenké kovové dosky sú zvarené ultrazvukom, načo prebytočný kov sa odstráni frézovaním. Aditívne technológia sa používa v spojení so subtraktívnu.
5. Fotopolymerovací kúpeľ. Táto technológia využíva tekutých modelovacej hmoty - fotopolymérnych živice. Príkladom je SLA-technologická spoločnosť 3D Systems a DLP technológie Envisiontec spoločnosť Digital Light procesie.
6. Teplota materiálu vo vopred vytvorenej vrstvy. Používa sa v SLS-technológie, za použitie ako zdroja energie lasera alebo tepelnej hlavy (firmy SHS Blueprinter).
7. Priama energia súčet až na miesto stavby. Materiál a energia privádza do jeho teplotou tavenia v konštrukcii súčasne. Telo slúži ako pracovné hlavy, ktorý je vybavený systémom pre zásobovanie energiou a materiál. Energia je vo forme koncentrovaného lúča elektrónov (Sciaky) alebo laserového lúča (POM, Optomec,). Niekedy hlava je namontovaná na "ruku" robota.

Táto klasifikácia je oveľa viac hovorí o zložitosti aditívne technológie ako tie predchádzajúce.

oblasti využitia

prísada na trhu technológií v dynamike vývoja dopredu ostatných priemyselných odvetví. Jeho priemerný ročný rast odhaduje na 27%, v závislosti na spoločnosti IDC odhaduje, že do roku 2019 bude činiť 26,7 miliardy dolárov, v porovnaní s 11 miliárd v roku 2015

Avšak na trhu AT má zatiaľ odhaliť nevyužitý potenciál v oblasti výroby spotrebného tovaru. Až 10% spoločností z hodnoty produkcie tovar spotrebovaný na jeho výrobu prototypov. A mnohé podniky už prijali tento segment trhu. Ale zvyšných 90% ide do výroby, takže vytváranie aplikácií pre rýchlu výrobu produktov bude hlavná smer vývoja tohto odvetvia v budúcnosti.

V roku 2014 bol podiel rapid prototyping technológie na trhu prísady síce znížil, ale zostal najvyšší - 35%, podiel produkcie rástla rýchlo a dosiahol podiel 31% na vytvorenie nástrojov zostal zostala na 25%, zvyšok pripadá na výskum a vzdelávanie.

Hospodárskymi odvetviami sú AT-tech aplikácie sú rozdelené nasledovne:

• 21% - spotrebného tovaru a elektroniky;
• 20% - auto;
• 15% - vnútorné lekárstvo, vrátane zubných lekárov;
• 12% - letecký a kozmický spracovateľský priemysel;
• 11% - výroba výrobných prostriedkov;
• 8% - vojenského vybavenia;
• 8% - formácie;
• 3% - konštrukcia.

Amatéri i profesionáli

AT-tech trh je rozdelený na amatérske i profesionálne. Amatérsky trh zahŕňa 3D-tlačiarne a ich údržby, ktorý zahŕňa služby, spotrebný materiál, softvér, a je určený pre individuálne nadšenci, vzdelávanie a vizualizáciu nápadov a uľahčiť komunikáciu v počiatočnej fáze vývoja nových obchodov.

Profesionálny 3D-tlačiarne sú drahé a sú vhodné pre rozšírenú reprodukciu. Majú veľkú plochu konštrukcie, výkonu, presnosť, spoľahlivosť, rozšírené modelového radu materiálov. Tieto stroje sú oveľa zložitejšie a vyžaduje vývoj špeciálnych zručností pre prácu so zariadeniami sebou, s modelovými materiálmi a software. Typicky, obsluha stroja sa stáva profesionálnym odborníkom na aditívnych technológií s vyšším technickým vzdelaním.

Aditívne technológie v roku 2015

Podľa správy Wohlers Report 2015, 1988 a 2014, 79602 priemysel 3D-tlačiarne boli inštalované po celom svete. . Súčasne 38,1% z týchto zariadení sú drahšie než 5 tisíc dolárov, sú z USA, 9,3% - pre Japonsko, 9,2% - do Číny, a 8,7% - do Nemecka. Zvyšok sveta sú ďaleko pred vodcov. Od roku 2007 do roku 2014 sa ročný objem predaja stolových tlačiarní vzrástol z 66 na 139 584 jednotiek. V roku 2014, 91,6% na obrate stolových 3D-tlačiarne a 8,4% - pre priemyselné aplikácie aditívne výroby, zisk, z ktorého sa však predstavovali 86,6% z celkového počtu, alebo 1,12 miliardy amerických dolárov absolútnom vyjadrení. stolových počítačov spokojný 173,2 miliónov dolárov a 13,4%. V roku 2016 očakávame rast tržieb na 7,3 miliardy $, v roku 2018 - 12,7 mld v roku 2020 na trhu dosiahne 21,2 miliardy $.

Podľa Wohlers, FDM technológie prevažuje, v priemere asi 300 značiek po celom svete, každý deň pridávame nové úpravy. Niektoré z nich sú predávané iba lokálne, takže je veľmi ťažké, ak nie nemožné, nájsť informácie o počte vyrobených značiek 3D-tlačiarne. S istotou môžeme povedať, že ich počet na trhu sa zvyšuje každým dňom. Tam je veľká rozmanitosť vo veľkosti a použitej technológie. Napríklad spoločnosť Berlin produkuje obrovské BigRep FDM-tlačiareň s názvom BigRep ONE.2 za cenu vo výške 36 tisíc. Euro, schopné tlačiť objekty až do 900 x 1055 x 1100 mm s rozlíšením 100-1000 mikrónu, s dvoma extrúdery a schopnosť používať rôzne materiály.

Priemysel - pre

Letecký priemysel investuje značné prostriedky do výroby prísady. Použitie aditívne technológií zníži spotrebu materiálu vynaložených na výrobu dielov o 10 krát. Očakáva sa, že GE Aviation Company bude každoročne zverejňovať 40 tisíc. Vstrekovače. A Airbus do roku 2018 bola firma bude tlačiť až 30 ton dielov mesačne. Spoločnosť berie na vedomie významný pokrok vo vlastnostiach vyrábaných dielov takým spôsobom, v porovnaní s tradičnou. Ukázalo sa, že držiak, ktorý bol určený pre 2,3 ton nákladu, v skutočnosti, vydrží zaťaženie až 14 ton a zároveň znížiť jeho hmotnosť o polovicu. Okrem toho spoločnosť zverejňuje podrobnosti hliníkového plechu a palivových konektorov. Lietadlo Airbus má 60 tisíc. Kusy, vytlačenie 3D tlačiareň Stratasys Fortus Company. Ostatné spoločnosti letecký priemysel sú aj pomocou aditívne výrobnej technológie. Medzi ne patria: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce a SpaceX.

Digitálne aditívne technológie sú už používané pri výrobe rôznych spotrebného tovaru. Spoločnosť Materialise, poskytujúce služby aditívne výroby, spolupracujúci s Hoet eyeware pri výrobe skiel pre korekciu zraku a slnečné okuliare. 3D-modely sú vybavené celý rad cloudových služieb. Iba spoločnosti 3D Warehouse a Sketchup ponúknuť 2,7 milióna vzoriek. Nezostávajú v strane a módneho priemyslu. RS Print používa systém, ktorý meria tlak chodidlách, tlačiť jednotlivé vložky. Návrhári experimentujú s bikini, topánky a šaty.

rapid prototyping

Pod rapid prototyping pochopiť tvorbu prototypových výrobkov v čo najkratšom možnom čase. Je to jeden z hlavných aplikácií aditívnych výrobných technológií. Prototyp - je druh výrobku, musí optimalizovať tvar časti svojho hodnotenia ergonómia, schopností overovania montážnych a správnosť rozvrhnutie riešenie. Preto je zníženie životnosti výrobných dielov môže výrazne znížiť čas potrebný na vývoj. Tiež prototyp môže byť model určený pre aerodynamické a hydrodynamické skúšky alebo funkčnosti overovanie kúty domácností a zdravotníckej techniky. Mnoho prototypy vytvorené ako prieskumný dizajnu modelov s nuansy v konfigurácii, farby a sfarbenie a tak ďalej. D. Pre rapid prototyping využíva lacná 3D-tlačiarne.

rýchla výroba

Technológia prísada v priemysle majú skvelé vyhliadky. malá zmenšená výroba produktov s komplexnou geometriou a konkrétnych materiálov bežných v lodiarstve, energetike, rekonštrukčnej chirurgie a zubného lekárstva, leteckom a kozmickom priemysle. Priama kultivácia kovových výrobkov je motivovaná ekonomickej výhodnosti, pretože tento spôsob výroby je menej nákladná. S využitím aditívnych technológií, aby pracovné orgány turbíny a hriadeľov, implantáty a protézy a náhradné diely pre automobily a lietadlá.

Vývoj rýchle výroby a prispel k výraznému zvýšeniu počtu dostupných kovových práškových materiálov. Ak sa v roku 2000 tam bolo 5-6 druhy práškov, teraz ponúka širokú škálu, činiť až desiatky skladieb z konštrukčnej ocele do drahých kovov a superzliatiny.

Sľubné a aditívne technológie v strojárenstve, kde môžu byť použité pri výrobe nástrojov a nástroje pre sériovú výrobu - vložky pre vstrekovacie stroje, formy, šablóny.

Ultimaker 2 - najlepší 3D tlačiareň v roku 2016

Podľa názoru CHIP časopis, ktorý vykonal testovanie a porovnanie charakteristiky domácnosti 3D-tlačiarní, najlepšie tlačiarne 2016 model, Ultimaker sú 2 podnikov Ultimaker, Reniforce RF1000 spoločnosť Conrad a 3D Replicator Desktop spoločnosť tlačiareň MakerBot.

Ultimaker 2+ v jeho vylepšený model využíva simulačné technológie fúzií. 3D tlačiareň líši najmenšia hrúbka vrstvy 0,02 mm, malý výpočet času, nízke náklady na tlač (2600 rubľov na 1 kg materiálu). Kľúčové vlastnosti:

• veľkosť pracovnej komory - 223 x 223 x 305 mm;
• hmotnosť - 12,3 kg;
• veľkosť hlavy - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• die teplota - 180-260 ° C;
• Rozlíšenie vrstva - 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikrometrov;
• Rýchlosť tlače - 8-24 mm ³ / s;
• presnosť XYZ - 12,5-12,55 mikrometrov;
• materiál - PLA, ABS, priemer CPE 2,85 mm;
• Software - Cura;
• Podporované typy súborov - STL, OBJ, AMF;
• Príkon - 221 W;
• cena - 1895 euro, a základný model 2495 euro predĺžená.

Podľa hodnotenia zákazníkov, tlačiareň je svetlo na inštaláciu a používanie. Oslavuje s vysokým rozlíšením, self-úprave posteľ, veľké množstvo použitého materiálu, používanie open source softvéru. Medzi nevýhody patrí tlačiareň otvoriť dizajn tlačiarne, čo môže viesť k popáleniu horúcim materiálom.

3D LulzBot Mini Printer

V recenzii časopisu PC Magazine Ultimaker 2 a 3D Replicator Desktop Printer tiež vstúpil medzi prvými tromi, ale tu v prvom rade bol LulzBot tlačiareň 3D tlačiareň Mini. Svojimi parametrami sú nasledujúce:

• veľkosť pracovnej komory - 152 x 152 x 158 mm;
• Hmotnosť - 8.55 kg;
• die teplota - 300 ° C;
• hrúbka vrstvy - 0,05 - 0,5 mm;
• Rýchlosť tlače - 275 mm / s pri výške 0,18 mm hrubej vrstve;
• materiál - PLA, ABS, HIPS, PVA, Petty, polyester, nylon, polykarbonát, PETG, PCTE, PC-ABS, a iní priemer 3 mm.
• Software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl atď .;
• Príkon - 300 W;
• cena - $ 1 250.

Sciaky EBAMA 300

Jeden z najlepších priemyselných strojov aditívne výroby je EBAMA 300 firiem Sciaky. Elektrónového delá spôsobí, že kovové vrstvy pri rýchlosti až 9 kg za hodinu.

• veľkosť pracovnej komory - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• tlak v podtlakovej komory - 1x10 ^-4 Torr;
• Spotreba energie - až 42 kW pri napätí 60 kV;
• Technológia - vytláčanie;
• materiál - titán a zliatiny titánu, tantalu, inconel, volfrám, niób, nehrdzavejúca oceľ, hliník, oceľ, meď-niklové zliatiny (70/30 a 30/70);
• maximálne množstvo - 8605.2 litrov;
• cena - 250 tisíc dolárov ..

Aditívne technológií v Rusku

industrial grade stroja v Rusku nevyrábajú. Kým iba vyvíjané v "Rosatom", laserové centrum pomstu. Bauman University "STANKIN" Polytechnic University of St. Petersburg sa Uralský federálna univerzita. "Voronezhselimmash", produkovať vzdelávacie a domáce 3D-tlačiarne "Alpha", vyvíja komerčné aditívne rastlinu.

Rovnaká situácia so zásobami. Vedúci vývoja práškov a práškových formulácií v Rusku je Viam. Sú vyrábané prášok pre aditívne technológie sa používajú pri obnove turbínových lopatiek, poradím permu "letecké motory». Pokrok je aj na All-ruskej inštitútu ľahkých zliatin (kolies). Vývoj rôzne technické centier v celej Ruskej federácii. "Rostec" Ural pobočka Ruskej akadémie vied, UFU viesť ich rozvoj. Ale stále nie sú schopní splniť aj malú dopyt po 20 ton prášku ročne.

V tomto ohľade vláda poverila ministerstvo školstva, ministerstvo pre hospodársky rozvoj, ministerstvo priemyslu, ministerstvo komunikácií, Ruskej akadémie vied, Fano, "Roscosmos", "Rosatom", "Rosstandart" rozvojové inštitúcie zaviesť koordinovaný rozvoj programu a výskum. Lebo sa navrhuje vyčleniť ďalšie rozpočtové prídely, rovnako ako zvážiť možnosť spolufinancovania na úkor národného sociálneho fondu a iných zdrojov. Je doporučené, aby podporila novú výrobnú technológiu, v sv. H. Doplnok, Meru, "Rosnano" Fond "Skolkovo", exportné agentúra "EXIAR", "Vnesheconombank". Vláda je tiež zastúpená priemyslu a obchodu Ministerstvo pripraví časť štátneho programu pre rozvoj a zlepšenie konkurencieschopnosti priemyslu.