Aditiv Tehnologie: descriere, definirea și aplicarea caracteristici evaluări. Tehnologii aditiv în industrie

Tehnologia 3D-imprimare a fost introdus în 1986, atunci când compania 3D Systems a dezvoltat prima imprimantă specială - aparatul stereolitografice, care sunt utilizate pe scară largă în industria de apărare. Primele mașini au fost foarte scumpe și alegerea materialului pentru crearea de modele a fost limitat. Dezvoltarea rapidă a imprimării tridimensionale a început cu dezvoltarea tehnologiei de proiectare (CAD), calcule și simulare (CAE) și de prelucrare (CAM). Și astăzi este dificil de a găsi o zonă de producție, care nu s - ar fi folosit 3D imprimante :. Folosiți - le pentru a produce piese de aeronave, nave spațiale, submarine, instrumente, proteze și implanturi, bijuterii, etc. Perspectiva este evidentă - tehnologie de aditivi , în viitorul apropiat va fi o prioritate a tehnologiei de inginerie mecanică .

Cele mai importante țări ale lumii sunt implicate activ în 3D-curse. Deci, în 2012, Yangstoune, Ohio, a deschis Institutul Național de Inovare de fabricație aditiv NAMII - primul centru de tehnologii aditive de cincisprezece produse în Statele Unite. Masina parc Institutul are deja 10 de mașini aditive, dintre care trei sunt cele mai avansate mașini pentru a crea piese metalice.

Terminologie și clasificare

Esența tehnologiei aditiv este de a combina materiale pentru a crea obiecte de date din stratul 3D model cu strat. Acest lucru este diferit de tehnici de fabricație substractive convenționale ce implică prelucrarea - îndepărtarea de material din piesa de prelucrat.

Tehnologia aditiv este clasificat:

• de materialele utilizate (lichide, sub formă de particule, polimer, pulbere de metal);
• prin prezența laserului;
• prin metoda de fixare a construcției stratului (efect termic, iradierea cu raze ultraviolete sau lumină vizibilă, compoziția de liant);
• prin metoda de formare a stratului.

Există două modalități de formare a unui strat. Primul este acela că prima platformă este turnat pe materialul de pulbere, este cuțit partiționate sau cu role pentru a crea un strat uniform de grosime dorită a materialului. Aceasta are loc procesarea selectivă pulbere cu laser sau alte metode de particule de pulbere de compus (topire sau lipire) în conformitate cu secțiunea curentă de CAD-modele. Construcții Plane este neschimbat, iar o parte din pulbere rămâne intactă. Acest proces se numește sinteză selectivă precum și sinterizare selectivă cu laser, în cazul în care un compus al sculei este un laser. A doua metodă constă în depunerea directă a materialului în energia punctului însumare.

Organizarea ASTM, care dezvoltă standarde din industrie, împarte tehnologia 3D-aditiv în 7 categorii.

1. Material extrudarea. La punctul de extruder preîncălzit construirea transportat materialul de pastă, un amestec de liant și pulbere de metal. Modelul brut Construit este plasat într-un cuptor pentru a îndepărta pulberea de liant și sinter - în același fel cum se întâmplă în tehnologiile tradiționale. Această tehnologie aditiv este implementată sub mărcile comerciale MJS (Multiphase Jet solidificării multifazic jet de solidificare), FDM (Fused Deposition Modelarea, simularea prin fuzionare layerwise), FFF (Fused filamentelor de fabricatie, metoda de producție fuziune filamente).
2. material de pulverizare. De exemplu, în ceară PolyJet sau tehnologie fotopolimer pentru cap multi-jet este aplicat la o construcție punct. Aceasta tehnologie aditiv este, de asemenea, numit Multi stropirea cu jeturi de material.
3. liant Stropirea. Acestea includ jet de cerneală Tehnologie-Jet-injecție în construcția zonei nu un model de material, un agent liant (aditiv de fabricație tehnologie ExOne).
4. Compus din foi. material de construcție este un film polimeric, folie de metal, hârtie și altele. Este folosit, de exemplu, în tehnologia cu ultrasunete aditiv Fabrisonic. plăci metalice subțiri sunt sudate împreună cu ultrasunete, după care excesul de metal este îndepărtat prin frezare. Tehnologia Additive este utilizat în conjuncție cu substractiv.
5. Baie de fotopolimerizare. Tehnologia foloseste un material de modelare lichid - rășină fotopolimer. Un exemplu este compania SLA-tehnologie Sisteme 3D si DLP-tehnologie companie Envisiontec, Digital Light Procesiune.
6. De topire a materialului într-un strat pre-format. Utilizat în SLS-tehnologie, folosind ca sursă de energie cu laser sau cap termic (compania SHS Blueprinter).
7. energie directă insumarea la locul de construcție. Material și energie alimentat la punctul său de topire în construcția simultan. Corpul este folosit ca un cap de lucru, echipat cu un sistem de alimentare cu energie și materiale. Energia vine sub forma unui fascicul concentrat de electroni (Sciaky) sau cu fascicul laser (POM, Optomec,). Uneori, capul este montat pe „mâna“ a robotului.

Această clasificare este mult mai vorbește despre labirintul de tehnologii aditive decât cele anterioare.

Domenii de aplicare

piață tehnologie aditiv în dinamica dezvoltării înaintea altor industrii. Creșterea sa medie anuală estimată la 27%, potrivit companiei IDC estimează că până în 2019 se va ridica la 26,7 miliarde de dolari, față de 11 miliarde în 2015

Cu toate acestea, piața AT a fost încă să dezvăluie potențialul neexploatat în producția de bunuri de larg consum. Până la 10% din societățile din valoarea producției de bunuri consumate în realizarea de prototipuri sale. Și multe companii au luat deja acest segment de piață. Dar restul de 90% va intra în producție, astfel încât crearea de aplicații de fabricație rapidă a produselor va fi direcția principală de dezvoltare a acestei industrii în viitor.

În 2014, proporția de tehnologii rapide de prototipuri pe piață a aditivului, deși a scăzut, acesta a rămas cel mai mare - 35%, ponderea producției a crescut rapid și a ajuns la o cotă de 31% în crearea de instrumente a rămas a rămas la 25%, restul este reprezentat de cercetare și educație.

Pe sectoare economice, aplicațiile AT-tech distribuite după cum urmează:

• 21% - produse de larg consum și electronică;
• 20% - mașină;
• 15% - medicamente, inclusiv stomatologie;
• 12% - industria aeronautică și spațială de fabricare;
• 11% - producția mijloacelor de producție;
• 8% - echipamente militare;
• 8% - formarea;
• 3% - construcție.

Amatori și profesioniști

AT-tech de piață este împărțit în amatori și profesioniști. piață amatori include 3D imprimante și întreținerea acestora, care include servicii, consumabile, software-ul, și este proiectat pentru amatorii individuale, educație și vizualizare a ideilor și a facilita comunicarea la etapa inițială de dezvoltare a noi afaceri.

3D-imprimante profesionale sunt scumpe și sunt potrivite pentru reproducere extinse. Ei au o suprafață mare de construcție, performanță, precizie, fiabilitate, extinse materiale model de gama. Aceste mașini sunt mult mai complicate și necesită dezvoltarea unor abilități speciale pentru a lucra cu dispozitivele de ei înșiși, cu materiale de model și de software. De obicei, operatorul mașinii devine un expert profesionist pe tehnologii aditive cu studii tehnice superioare.

Tehnologia aditiv în 2015

Potrivit raportului Wohlers Raport 2015, 1988 și 2014, 79602 industria de 3D imprimante au fost instalate în întreaga lume. . În același timp, 38,1% dintre dispozitivele costa mai mult de 5 mii de dolari SUA sunt din SUA, 9,3% - pentru Japonia, 9,2% - în China, și 8,7% - în Germania. Restul lumii sunt cu mult înaintea liderilor. Din 2007 până în 2014, volumul anual al vânzărilor de imprimante desktop a crescut de la 66 la 139 584 de unități. În 2014, 91,6% din vânzări au reprezentat desktop 3D imprimante, și 8,4% - pentru aplicații industriale de aditiv de fabricație, profitul din care, cu toate acestea, a reprezentat 86,6% din total, sau 1,12 miliarde de dolari SUA termeni absoluți. Mașini pentru desktop mulțumeau 173,2 milioane de dolari SUA și 13,4%. În 2016, se așteaptă ca vânzările să crească la 7,3 miliarde $, în 2,018-12700000000, în 2020, piața va ajunge la 21200000000 $.

Potrivit Wohlers, FDM-tehnologie predomină, cu o medie de aproximativ 300 de branduri la nivel mondial, în fiecare zi adăugarea de noi modificări. Unele dintre ele sunt vândute numai la nivel local, astfel încât este foarte dificil, dacă nu imposibil, pentru a găsi informații despre numărul de mărci fabricate de 3D imprimante. Cu încredere putem spune că numărul lor pe piață crește cu fiecare zi care trece. Există o mare diversitate în dimensiuni și tehnologiile utilizate. De exemplu, compania din Berlin produce un imens BigRep FDM-imprimantă denumită BigRep ONE.2 la un preț de 36 mii. Euro, capabilă să imprime obiecte de până la 900 x 1055 x 1100 mm, cu o rezoluție de 100-1000 microni, cu două mașini de extrudare și capacitatea de a folosi diferite materiale.

Industrie - pentru

Industria aeronautică investește masiv în producția aditivului. Utilizarea tehnologiilor aditive va reduce consumul de materiale cheltuite pentru producerea de piese de 10 ori. Este de așteptat ca GE Aviation Company va publica anual 40 de mii. Injectoarele. Și Airbus până în 2018, compania a fost de gând să imprima până la 30 de tone de piese pe lună. Compania ia act de progresele semnificative în caracteristicile de piese fabricate astfel încât în comparație cu tradiționale. Sa dovedit că suportul, care a fost proiectat pentru sarcina 2,3 tone, de fapt, poate rezista la sarcini de până la 14 tone reducând în același timp greutatea sa la jumătate. In plus, societatea publică detalii din tablă de aluminiu și conectori de combustibil. Aeronava Airbus are 60 de mii. Bucăți, imprimate 3D-imprimanta Stratasys Fortus Company. Alte companii industria aerospațială sunt, de asemenea, folosind tehnologia de fabricație aditiv. Printre acestea: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce si SpaceX.

Digital tehnologii aditive sunt deja utilizate la fabricarea diverselor bunuri de consum. Compania Materialise, care furnizează servicii de aditiv de fabricație, care cooperează cu Hoet Eyeware la fabricarea de ochelari pentru corectarea vederii si ochelari de soare. 3D-modele sunt oferite o varietate de servicii de cloud. Numai companiei 3D Warehouse și SketchupTM oferă 2,7 milioane de mostre. Nu rămâne în partid și industria modei. RS Print folosește un sistem care măsoară presiunea talpi, pentru a imprima tălpi interioare individuale. Designerii sunt experimente cu bikini, pantofi și rochii.

prototipuri rapide

Sub prototipuri rapide înțelege crearea de produse prototip in cel mai scurt timp posibil. Este una dintre principalele aplicații ale tehnologiilor de fabricație aditive. Prototip - este un tip de produs necesar pentru a optimiza forma parte a evaluării sale de ergonomie, capacități de verificare de asamblare și corectitudinea soluțiilor de aspect. Acesta este motivul pentru reducerea vieții pieselor de fabricație poate reduce semnificativ timpul de dezvoltare. De asemenea, prototipul poate fi un model conceput pentru testarea sau funcționalitatea de verificare carcase aerodinamice și hidrodinamice de uz casnic și echipamente medicale. Multe prototipuri create ca modele de design experimental cu nuanțele în configurația, culorile și colorația și așa mai departe. D. prototipare rapidă utilizează necostisitoare 3D-imprimante.

producție rapidă

Tehnologia aditiv în industrie au perspective mari. producția la scară mică de produse cu geometrie complexă și de materiale specifice comune în construcții navale, inginerie de putere, chirurgie reconstructivă și medicină dentară, industria aerospațială. cultivarea directă a produselor din metal este motivată de oportunism economică, deoarece acest mod de producție a fost mai puțin costisitoare. Cu utilizarea de tehnologii aditive face turbine organelor de lucru și arbori, implanturi și proteze, piese de schimb pentru automobile și avioane.

Dezvoltarea rapidă de fabricație și a contribuit la o creștere semnificativă a numărului de materiale sub formă de pulbere de metal disponibile. Dacă în anul 2000 au existat 5-6 tipuri de pulberi, acum oferă o gamă largă, se ridică la zeci de piese de oțel structurale la metale prețioase și superaliaje.

tehnologie promițătoare și aditivi în inginerie mecanică, în cazul în care acestea pot fi utilizate la fabricarea de instrumente și instrumente pentru producția de serie - inserții pentru mașini de turnare prin injecție, matrițe, șabloane.

Ultimaker 2 - cel mai bun 3D-imprimantă în 2016

În opinia revistei CHIP, care a efectuat testarea și a comparat caracteristicile de uz casnic 3D imprimante, cele mai bune imprimante 2016 modelul Ultimaker sunt 2 firme Ultimaker, Reniforce RF1000 firma Conrad si replicator Desktop 3D MakerBot companie de imprimantă.

Ultimaker 2+ în modelul său îmbunătățit utilizează tehnologia de simulare prin fuzionarea. 3D-imprimantă diferă în cea mai mică grosime a stratului de 0,02 mm, un calcul de timp mic, imprimare cost scăzut (2600 rub per 1 kg de material). Caracteristici cheie:

• dimensiunea camerei de lucru - 223 x 223 x 305 mm;
• Greutate - 12,3 kg;
• marimea capului - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• die Temperatura - 180-260 ° C;
• strat rezoluție - 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 microni;
• Viteza de imprimare - 8-24 mm ³ / s;
• precizie XYZ - 12,5-12,55 microni;
• material - PLA, ABS, diametru CPE 2,85 mm;
• Software - Cura;
• Tipuri de fișiere acceptate - STL, OBJ, AMF;
• Consumul de energie - 221 W;
• preț - 1895 euro, iar modelul de bază 2495 euro extinsă.

Potrivit recenzii ale clientilor, imprimanta este ușor de instalat și de utilizat. Sărbătorind înaltă rezoluție, pat de auto-reglare, o mare varietate de materiale folosite, utilizarea de software open source. Dezavantajele includ imprimanta deschide designul imprimantei, ceea ce poate duce la arsuri de la materialul fierbinte.

Imprimanta LulzBot Mini 3D

Într-o recenzie a revistei PC Magazine Ultimaker 2 și replicator Desktop 3D Imprimanta a intrat, de asemenea, primele trei, dar aici, în primul rând a fost LulzBot imprimantă 3D Mini imprimantă. specificațiile sale sunt după cum urmează:

• dimensiunea camerei de lucru - 152 x 152 x 158 mm;
• Greutate - 8,55 kg;
• die Temperatura - 300 ° C;
• Grosimea stratului - 0,05-0,5 mm;
• Viteza de imprimare - 275 mm / s la o înălțime de strat de 0,18 mm;
• material - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliester, nylon, policarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS și diametrul altele de 3 mm.
• Software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, printrun, MatterControl etc;.
• Consumul de energie - 300 W;
• preț - $ 1 250.

Sciaky EBAM 300

Una dintre cele mai bune mașini industriale aditiv de fabricație este EBAM 300 companii Sciaky. pistol cu fascicul de electroni cauzează straturile metalice la o viteză de până la 9 kg pe oră.

• dimensiunea camerei de lucru - x 1219 x 5791 mm 1219;
• presiunea camerei de vacuum - 1x10 ^-4 torr;
• consumul de energie - până la 42 kW la o tensiune de 60 kV;
• tehnologie - extrudare;
• material - titan și aliaje de titan, tantal, Inconel, tungsten, niobiu, din oțel inoxidabil, aluminiu, oțel, aliaj de cupru-nichel (70/30 și 30/70);
• valoarea maximă - 8605.2 litri;
• preț - 250 de mii de dolari SUA ..

Tehnologii aditiv în Rusia

Mașini de grad industriale din Rusia nu sunt produse. In timp ce doar în curs de dezvoltare în „Rosatom“, centrul cu laser MSTU. Universitatea Politehnică din Sankt-Petersburg Bauman Universitatea „Stankin“, Universitatea Federală Urali. „Voronezhselimmash“, care produc 3D-imprimante educaționale și de pe piața internă „Alpha“, este în curs de dezvoltare o instalație de aditiv comercial.

Aceeași situație cu provizii. Liderul dezvoltării pulberi și formulări de pulbere în Rusia este VIAM. Ei au produs pulberea pentru tehnologii aditiv sunt utilizate în restaurarea paletelor turbinelor, prin ordinul Permian „motoare de avioane». Progresul este și la Institutul All-rus din aliaje ușoare (ROȚI). Evoluțiile sunt diferite centre de inginerie în întreaga Federația Rusă. „Rostec“, Ural Branch a Academiei Ruse de Științe, UFU conduce dezvoltarea lor. Dar, totuși ele nu sunt în măsură să îndeplinească chiar și o cerere mică de 20 de tone de pulbere pe an.

În acest sens, Guvernul a cerut Ministerului Educației, Ministerului Dezvoltării Economice, Ministerul Industriei, Ministerul Comunicațiilor, Academia Rusă de Științe, Fano, „Roscosmos“, „Rosatom“, „Rosstandart“, instituțiile de dezvoltare pentru a stabili un program de dezvoltare coordonată și de cercetare. Pentru aceasta se propune alocarea sumei suplimentare alocări bugetare, precum și să ia în considerare posibilitatea de cofinanțare în detrimentul Fondului Național Bunăstării și alte surse. Se recomandă să sprijine noua tehnologie de producție, în Vol. H. Adăugarea, Mers, "RosNano" Fondul "Skolkovo", agenția de export "EXIAR", "Vnesheconombank". Guvernul este, de asemenea, reprezentat de Ministerul Industriei și Comerțului va pregăti o secțiune a programului de stat pentru dezvoltarea și îmbunătățirea competitivității industriale.