Additivní technologie: popis, definice, funkce aplikace a zpětná vazba. Additivní technologie v průmyslu

Technologie 3D tisku

Vedoucí země světa jsou aktivně zapojeny do 3D závodu. Takže v roce 2012 v Youngstownu ve státě Ohio byl otevřen Národní inovační institut pro výrobu přísad NAMII - první středisko technologií aditiva z patnácti let vytvořených v USA. Strojírenský park ústavu má již 10 strojů, z nichž tři jsou nejmodernější stroje pro výrobu kovových dílů.

Terminologie a klasifikace

Podstatou aditivních technologií je spojit materiály a vytvářet objekty z datové vrstvy 3D modelu podle vrstvy. Tímto způsobem se liší od konvenčních technologií výroby substrátu, což znamená mechanické zpracování - odstranění hmoty z obrobku.

Doplňkové technologie jsou klasifikovány:

• na použitých materiálech (kapalný, granulovaný, polymerní, kovový prášek);
• přítomností laseru;
• metodou fixace vrstvy konstrukce (tepelná expozice, ozařování ultrafialovým nebo viditelným světlem, pojivo);
• způsobu vytváření vrstvy.

Existují dva způsoby vytvoření vrstvy. Prvním je to, že práškový materiál se nejdříve nalije na plošinu, rozdělí se pomocí válečku nebo nože, čímž vznikne rovnoměrná vrstva materiálu dané tloušťky. Existuje selektivní úprava prášku laserem nebo jiným způsobem spojování práškových částic (tavením nebo lepením) podle aktuálního průřezu CAD modelu. Konstrukční rovina zůstává nezměněna a část prášku zůstává nedotčena. Tato metoda se nazývá selektivní syntéza, stejně jako selektivní laserové slinování, pokud je spojovací nástroj laser. Druhá metoda spočívá v přímém ukládání materiálu v místě dodávky energie.

ASTM, která rozvíjí průmyslové standardy, rozděluje technologie 3D aditiv do 7 kategorií.

1. Vytlačte materiál. 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 technologii Polyjet se vosk nebo fotopolymer na vícenásobné trysce přivádí do místa sestavení. Tato aditivní technologie se také nazývá Multi Jetting Material.
3. Postřikování pojidla. Jedná se o inkoustové inkoustové technologie Ink-Jet v konstrukční zóně ne-modelového materiálu a reakční činidlo (přídavná technologie ExOne).
4. Spojování plechových materiálů. Stavební materiál je polymerní fólie, kovová fólie, listy papíru atd. Používají se například v technologii výroby ultrazvukových aditiv Fabrisonic. Tenké kovové desky jsou ultrazvukem svařeny, poté je nadbytečný kov odstraněn frézováním. Aditivační technologie se používá ve spojení se substrátem.
5. Fotopolymerizace ve vaně. Technologie využívá tekuté modelové materiály - fotopolymerní pryskyřice. Příkladem je technologie SLA z technologií 3D Systems a technologie DLP společnosti Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Roztavení materiálu v předem vytvořené vrstvě. Používá se v technologiích SLS, které využívají jako zdroj energie laserovou nebo tepelnou hlavu (SHS společnosti Blueprinter).
7. Přímé dodávky energie na stavbu. Materiál a energie pro jeho tavení přicházejí současně do místa stavby. Jako pracovní tělo je použita hlava vybavená systémem pro zásobování energií a materiálu. Energie přichází ve formě koncentrovaného elektronového paprsku (Sciaky) nebo laserového paprsku (POM, Optomec,). Někdy je hlava instalována na "paží" robota.

Tato klasifikace vyjadřuje mnohem více o jemnosti aditivních technologií než ty, které byly dříve.

Aplikace

Trh aditivních technologií v dynamice vývoje je před ostatními průmyslovými odvětvími. Jeho průměrný roční růst se odhaduje na 27% a podle IDC bude do roku 2019 činit 26,7 miliardy amerických dolarů, zatímco v roce 2015 to bude 11 miliard.

Trh AT však dosud neukázal nevyužitý potenciál ve výrobě spotřebního zboží. Až 10% finančních prostředků společností z výrobních nákladů se vynakládá na prototyp. A mnoho společností již obsadilo tento segment trhu. Zbývajících 90% však jde do výroby, takže tvorba žádostí o rychlou výrobu zboží bude v budoucnu hlavním směrem vývoje tohoto odvětví.

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.

Podle poboček ekonomiky bylo využití technologií AT distribuováno následovně:

• 21% - výroba spotřebního zboží a elektroniky;
• 20% - výroba automobilů;
• 15% - lékařství, včetně stomatologie;
• 12% - konstrukce letadel a vesmírný průmysl;
• 11% - výroba výrobních prostředků;
• 8% - vojenské vybavení;
• 8% - vzdělávání;
• 3% - stavba.

Milovníci a profesionálové

Trh AT-technologií je rozdělen na amatérské a profesionální. Amatérský trh zahrnuje 3D tiskárny a jejich služby, které zahrnují služby, dodávky, software a jsou určeny pro individuální nadšence, vzdělávání a vizualizaci myšlenek a usnadnění komunikace v počáteční fázi vývoje nového podnikání.

Profesionální 3D tiskárny jsou drahé a vhodné pro delší reprodukci. Mají velkou stavební plochu, produktivitu, přesnost, spolehlivost, rozšířenou škálu modelových materiálů. Tyto stroje jsou mnohem komplikovanější a vyžadují zvládnutí speciálních dovedností při práci se samotnými zařízeními s modelovými materiály a softwarem. Zpravidla se specialista na aditivní technologie s vyšším technickým vzděláním stává provozovatelem profesionálního stroje.

Aditivační technologie v roce 2015

Podle zprávy společnosti Wohlers 2015, od roku 1988 do roku 2014, bylo na celém světě instalováno 79 602 průmyslových 3D tiskáren. Současně je v USA 38,1% zařízení, které stojí více než 5 tisíc amerických dolarů, v Japonsku 9,3%, v Číně 9,2% a v Německu 8,7%. Zbytek světa je ve významné vzdálenosti od vůdců. Od roku 2007 do roku 2014 rostly roční prodeje stolních tiskáren z 66 na 139 584 zařízení. V roce 2014 činilo 91,6% prodeje stolních 3D tiskáren a 8,4% - u průmyslových zařízení na výrobu aditiv, jejichž zisk však činil 86,6% z celkového počtu, nebo 1,12 miliardy USD absolutní výraz. Stolní stroje byly spokojeny s 173,2 miliony dolarů a 13,4%. V roce 2016 se očekává nárůst tržeb na 7,3 miliardy dolarů, v roce 2018 - 12,7 miliardy, v roce 2020 trh dosáhne 21,2 miliardy dolarů.

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. Existuje široká paleta použitých velikostí a technologií. 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 do doplňkové výroby. Použití aditivních technologií sníží spotřebu materiálů používaných k výrobě dílů o faktor 10. Očekává se, že společnost GE Aviation každoročně vytiskne 40 tisíc injektorů. A společnost Airbus do roku 2018 vydá každý měsíc až 30 tun dílů. Společnost zaznamenává významný pokrok v charakteristikách takto vyrobených dílů ve srovnání s tradičními díly. Ukázalo se, že držák, který byl navržen pro 2,3 tuny zatížení, může skutečně vydržet zatížení až 14 tun a zároveň snížit jeho hmotnost o polovinu. Kromě toho firma vytiskne díly z hliníkových plechů a palivových konektorů. V síti Airbus je na tiskárnách Fortus 3D od společnosti Stratasys vytištěno 60 000 kusů. Ostatní letecké společnosti rovněž používají 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 se již používají při výrobě různých spotřebních výrobků. Materialize, což je aditive manufacturing service, spolupracuje s firmou Hoet Eyeware při výrobě brýlí pro zrak a slunečních brýlí. 3D modely nabízejí různé cloudové služby. Pouze 3D objekt a skica nabízejí 2,7 milionu vzorků. Módní průmysl je také na okraji. RS Print používá systém, který měří tlak podrážky pro tisk jednotlivých stélků. Návrháři experimentují s bikiny, botami a šaty.

Rychlé prototypování

Rychlou tvorbou prototypů se rozumí vytvoření prototypového produktu v nejkratším možném čase. Jedná se o jednu z hlavních aplikací technologií výroby aditiv. Prototyp je prototyp výrobku, který je nezbytný k optimalizaci tvaru dílu, vyhodnocení jeho ergonomie, kontrola proveditelnosti montáže a správnost rozvržení. Proto snížíte dobu výroby součásti, což vám umožní výrazně snížit dobu vývoje. Také prototyp může být model navržený pro provádění aerodynamických a hydrodynamických zkoušek nebo kontrolu funkčnosti částí bydlení domácích a zdravotnických zařízení. Mnoho prototypů je vytvořeno jako návrhové modely s různými odstíny v konfiguraci, barevnou stupnicí barvení atd. Pro rychlé prototypování se používají levné 3D tiskárny.

Rychlá výroba

Doplňkové technologie v průmyslu mají velké vyhlídky. Drobná výroba výrobků složité geometrie a specifických materiálů je běžná v stavbě lodí, budova elektrárny, rehabilitační chirurgie a zubní lékařství, letecký průmysl. Přímé pěstování kovových výrobků zde je motivováno ekonomickou výhodou, protože to je způsob výroby bylo méně nákladné. S využitím aditivních technologií se vyrábějí pracovní otvory turbín a hřídelí, implantáty a endoprotézy, náhradní díly pro automobily a letadla.

Vývoj rychlého vývoje byl také podpořen výrazným rozšířením počtu dostupných kovových práškových materiálů. Pokud v roce 2000 bylo 5 až 6 druhů prášků, nyní je nabízena široká nomenklatura, počítaná v desítkách kompozic od konstrukčních ocelí po drahé kovy a žáruvzdorné slitiny.

Perspektivní a aditivní technologie ve strojírenství, kde je možno použít při výrobě nástrojů a příslušenství pro sériovou výrobu - vložky pro termoplastické automaty, 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.

Model Ultimaker 2+ ve svém vylepšeném modelu používá technologii modelování fusingem. 3D tiskárna má nejmenší tloušťku vrstvy 0,02 mm, krátký čas výpočtu, nízké náklady na tisk (2600 rublů na 1 kg materiálu). Klíčové vlastnosti:

• velikost pracovního prostoru je 223 x 223 x 305 mm;
• hmotnost - 12,3 kg;
• velikost hlavy - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• teplota hlavy - 180-260 ° C;
• rozlišení vrstvy je 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikronů;
• rychlost tisku 8-24 mm³/ s;
• přesnost XYZ - 12,5-12,55 mikronů;
• materiál - PLA, ABS, CPE o průměru 2,85 mm;
• software - Cura;
• podporované typy souborů - STL, OBJ, AMF;
• spotřeby energie - 221 W;
• cena - 1 895 eur základní model a 2 495 eur pokročilé.

Podle zákazníků se tiskárna snadno instaluje a používá. Zaznamenávají vysoké rozlišení, samoregulační postel, širokou škálu použitého materiálu, využití softwaru s otevřeným zdrojovým kódem. Nevýhody tiskárny zahrnují otevřený design tiskárny, který může vést k spálení horkým materiálem.

LulzBot Mini 3D tiskárna

V přehledu časopisů PC Magazine Ultimaker 2 a Replicator Desktop 3D jsou také mezi třemi nejlepšími, ale tady byla především tiskárna LulzBot Mini 3D Printer. Jeho specifikace jsou následující:

• velikost pracovního prostoru je 152 x 152 x 158 mm;
• hmotnost - 8,55 kg;
• teplota hlavy - 300 ° C;
• tloušťka vrstvy je 0,05 až 0,5 mm;
• rychlost tisku - 275 mm / s při výšce vrstvy 0,18 mm;
• materiál - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, polyester, nylon, polykarbonát, PETG, PCTE, PC-ABS atd. o průměru 3 mm;
• software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl atd .;
• spotřeba energie - 300 W;
• Cena je 1 250 amerických dolarů.

Sciaky EBAM 300

Jedním z nejlepších průmyslových strojů pro výrobu aditiv je společnost SAMAKY EBAM 300. Zbraň s elektronovým paprskem aplikuje vrstvy kovu rychlostí až 9 kg za hodinu.

• velikost pracovního prostoru je 5791 x 1219 x 1219 mm;
• tlak vakuové komory - 1x10^-4 Thor;
• spotřeba energie - až 42 kW při napětí 60 kV;
• technologie - vytlačování;
• materiál - titan a slitiny titanu, tantal, inkonel, wolfram, niob, nerez, hliník, ocel, slitina mědi a niklu (70/30 a 30/70);
• maximální objem je 8605,2 litru;
• cena - 250 tisíc amerických dolarů.

Additivní technologie v Rusku

Stroje průmyslové třídy v Rusku nejsou vyráběny. Zatím pouze vývoj v "Rosatom", laserovém centru MSTU. Bauman, Univerzita Stankina, Polytechnická univerzita v Petrohradě, Uralská federální univerzita. "Voronezhselimmash", která vyrábí vzdělávací a domácí 3D tiskárny "Alpha", vyvíjí průmyslovou aditivní instalaci.

Stejná situace s spotřebním materiálem. Vůdcem ve vývoji prášků a práškových kompozic v Rusku je VIAM. Vyrábějí prášek pro přídavné technologie, které se používají při opravách lopatek turbín, na žádost společnosti Perm Aviadvigatel. Pokrok je také v rusko-ruském institutu lehkých slitin (VILS). Vývoj provádí různá inženýrská centra v celé Ruské federaci. Rostech, Uralská pobočka Ruské akademie věd, Uralská federální univerzita, vyvíjí své vlastní návrhy. Ale nejsou schopni uspokojit ani malou poptávku 20 tun prášku za rok.

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.