Tilsetningsteknologi: beskrivelse, definisjon, funksjoner for søknad og tilbakemelding. Tilsetningsteknologi i industrien

3D-utskriftsteknologi dukket opp i 1986, da 3D Systems Company utviklet den første spesielle skriveren - en maskin for stereolitografi, som ble brukt i forsvarsindustrien. De første enhetene var ekstremt dyre, og valget av materiale for å lage modeller var begrenset. Raskt utvikling av 3D-utskrift begynte med utvikling av CAD (design, beregning og modellering (CAE) og mekanisk prosessering (CAM) teknologier. Og i dag er det vanskelig å finne et produksjonsområde der 3D-skrivere ikke blir brukt: med hjelp blir deler av fly, romfartøyer, ubåter, verktøy, proteser og implantater, smykker, etc. gjort. Utsikten er åpenbar - additiv teknologi vil snart bli en prioritert teknikk .

Ledende land i verden er aktivt med i 3D-rase. Så i 2012 i Youngstown, Ohio, ble det Nasjonalt innovasjonsinstitutt for additivproduksjon NAMII - det første senteret for additivteknologier fra femten opprettet i USA ble åpnet. Instituttets maskinpark har allerede 10 additivmaskiner, hvorav tre er de mest moderne maskiner for å skape metalldeler.

Terminologi og klassifisering

Essensen av additivteknologi er å koble til materialer for å lage objekter fra 3D-modelldatalaget etter lag. På denne måten adskiller de seg fra konvensjonelle subtraktive produksjonsteknologier, noe som innebærer mekanisk behandling - fjerning av saken fra billetten.

Tilsetningsteknologier er klassifisert:

• På materialene som brukes (væske, bulk, polymer, metallpulver);
• Ved nærvær av en laser;
• Ved metoden for å fikse konstruksjonslaget (termisk eksponering, bestråling med ultrafiolett eller synlig lys, et bindemiddel);
• Ved metoden for å danne laget.

Det er to måter å danne et lag på. Den første er at pulvermaterialet først helles på plattformen, fordelt med en vals eller kniv for å skape et jevnt lag av materiale med en gitt tykkelse. Det er en selektiv behandling av pulveret med en laser eller en annen metode for tilslutning av pulverpartikler (ved fusing eller liming) i henhold til gjeldende tverrsnitt av CAD-modellen. Konstruksjonsplanet er uendret, og noe av pulveret forblir uberørt. Denne metoden kalles selektiv syntese, så vel som selektiv lasersintring, hvis kryssingsverktøyet er en laser. Den andre metoden består i direkte avsetting av materialet ved energiforsyningspunktet.

ASTM, som utvikler bransjestandarder, deler 3D additivteknologier i 7 kategorier.

1. Ekstruder materialet. Et pastaformet materiale tilføres til byggepunktet med en oppvarmet ekstruder, som er en blanding av bindemidlet og metallpulveret. Den konstruerte råmodellen er plassert i ovnen for å fjerne bindemidlet og pulveret pulveret - akkurat som det gjør i tradisjonell teknologi. Denne additivteknologien er implementert under merkene MJS (Multiphase Jet Solidification, multi-phase jet curing), FDM (Fused Deposition Modeling), FFF (Fused Filament Fabrication, produksjon av fusing filamenter).
2. Sprøyting av materialet. For eksempel, i Polyjet-teknologi, blir voks eller fotopolymer på et flerstrålehode matet til byggeplassen. Denne additivteknologien kalles også Multi Jetting Material.
3. Sprøyte bindemidlet. Disse inkluderer inkjet Ink-Jet injeksjonsteknologier i byggesonen til et ikke-modellmateriale, og et bindemiddelreagens (tilleggsteknologi av ExOne).
4. Feste av arkmaterialer. Byggematerialet er en polymerfilm, metallfolie, papirark, etc. Brukes for eksempel i teknologien til ultralydadditivproduksjon Fabrisonic. Tynne platene av metall er ultrasonisk sveiset, hvorpå overflødig metall fjernes ved fresing. Tilsetningsteknologi brukes i forbindelse med substratet.
5. Fotopolymerisering i badet. Teknologien bruker flytende modellmaterialer - fotopolymerharpikser. Et eksempel er SLA-teknologi fra 3D Systems og DLP-teknologi fra Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Smelting av materialet i et forformet lag. Brukes i SLS-teknologier, som brukes som kilde til energilaser eller termisk hode (SHS-firma Blueprinter).
7. Direkte tilførsel av energi til byggeplassen. Materialet og energien for smeltingen går samtidig inn i konstruksjonspunktet. Som en arbeidsgruppe brukes et hode, utstyrt med et system for tilførsel av energi og materiale. Energi kommer i form av en konsentrert elektronstråle (Sciaky) eller en laserstråle (POM, Optomec,). Noen ganger er hodet installert på robotens "arm".

Denne klassifiseringen viser mye mer om subtiliteten til additivteknologi enn de tidligere.

Bruksområder

Markedet for additivteknologi i utviklingsdynamikken ligger foran andre næringer. Den gjennomsnittlige årlige veksten er beregnet til 27%, og ifølge IDC, innen 2019 vil bli 26,7 milliarder amerikanske dollar, mot 11 milliarder i 2015.

AT-markedet har imidlertid ennå ikke avslørt uutnyttet potensial innen produksjon av forbruksvarer. Opptil 10% av selskapenes midler fra kostnaden for produksjon av varer blir brukt på prototyping. Og mange selskaper har allerede okkupert dette markedssegmentet. Men de resterende 90% går i produksjon, så etableringen av søknader om rask produksjon av varer vil være hovedretningen for utviklingen av denne industrien i fremtiden.

I 2014 ble andelen raske prototyper i markedet for additivteknologi, selv om den gikk ned, fortsatt den største - 35%, andelen av rask produksjon vokste og nådde 31%, andelen i opprettelsen av verktøy forblir på 25%, resten var forskning og utdanning.

Av grener av økonomien ble anvendelsen av AT-teknologier fordelt som følger:

• 21% - Produksjon av forbruksvarer og elektronikk;
• 20% - bilproduksjon;
• 15% - medisin, inkludert tannbehandling;
• 12% - flykonstruksjon og romindustri;
• 11% - Produksjon av produksjonsmidler;
• 8% - militært utstyr;
• 8% - utdanning;
• 3% - konstruksjon.

Elskere og fagfolk

Markedet for AT-teknologier er delt inn i amatør og profesjonell. Amatørmarkedet inkluderer 3D-skrivere og deres tjeneste, som inkluderer tjenester, forsyninger, programvare og er designet for individuelle entusiaster, utdanning og visualisering av ideer og forenkling av kommunikasjon i den første fasen av utviklingen av en ny virksomhet.

Profesjonelle 3D-skrivere er dyre og egnet for utvidet reproduksjon. De har et stort byggeplass, produktivitet, nøyaktighet, pålitelighet, utvidet utvalg av modellmaterialer. Disse maskinene er en størrelsesorden mer komplisert og krever mastering av spesielle ferdigheter med å arbeide med enhetene selv, med modellmaterialer og programvare. Spesialisten i additivteknologi med høyere teknisk utdanning blir som regel operatør av en profesjonell maskin.

Tilsetningsteknologier i 2015

Ifølge Wohlers Report 2015, fra 1988 til 2014 ble det installert 79 602 industrielle 3D-skrivere over hele verden. Samtidig sto 38,1% av enheter som kostet mer enn 5 tusen dollar, 9,3% - for Japan, 9,2% - for Kina og 8,7% - for Tyskland. Resten av verden ligger i betydelig avstand fra lederne. Fra 2007 til 2014 økte det årlige omsetningen av skrivebordsskrivere fra 66 til 139 584 enheter. I 2014 utgjorde 91,6% av salget for 3D-skrivere på skrivebordet og 8,4% - for industrielle additivproduksjonsanlegg, hvorav resultatet var 86,6% av totalen, eller 1,12 milliarder dollar i Absolutt uttrykk. Bordmaskiner var fornøyd med $ 173,2 millioner og 13,4%. I 2016 forventes salget å øke til 7,3 milliarder amerikanske dollar, i 2018 - 12,7 milliarder, i 2020 vil markedet nå 21,2 milliarder dollar.

Ifølge Wohlers råder FDM-teknologi, og nummererer rundt 300 merker rundt om i verden, og fylles daglig med nye modifikasjoner. Noen av dem selges bare lokalt, så det er veldig vanskelig, hvis det er mulig, å finne informasjon om antall merker produsert av 3D-skrivere. Med tillit kan vi si at deres nummer på markedet øker hver dag. Det finnes et bredt utvalg i størrelser og teknologier som brukes. For eksempel produserer Berlin-firmaet BigRep en stor FDM-skriver kalt BigRep ONE.2 til en pris på 36 tusen euro, i stand til å skrive ut objekter opptil 900 x 1055 x 1100 mm med en oppløsning på 100-1000 mikron, to ekstrudere og muligheten til å bruke forskjellige materialer.

Industri - for

Luftfartsindustrien investerer tungt i additivproduksjon. Bruken av additivteknologier vil redusere forbruket av materialer som brukes til å produsere deler med en faktor på 10. Det forventes at selskapet GE Aviation årlig vil skrive ut 40 tusen injektorer. Og innen 2018 skal Airbus skrive ut opptil 30 tonn deler hver måned. Selskapet noterer seg betydelige fremskritt i egenskapene til delene som produseres på denne måten i forhold til de tradisjonelle. Det viste seg at braketten, som ble designet for 2,3 tonn last, faktisk kan motstå belastninger på opptil 14 tonn, samtidig som vekten reduseres med halvparten. I tillegg skriver selskapet ut deler fra aluminiumsplater og drivstoffkontakter. I Airbus er det 60 tusen deler trykt på Fortus 3D-skrivere fra Stratasys. Andre luftfartsselskaper bruker også additivproduksjonsteknologi. Blant dem: Bell Helikopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce og SpaceX.

Digital additivteknologi brukes allerede i produksjon av en rekke forbrukerprodukter. Materialize, en additiv produksjonstjeneste, samarbeider med Hoet Eyeware i produksjon av briller for visjon og solbriller. 3D-modeller leveres av en rekke skyttjenester. Bare 3D Warehouse og Sketchup tilbyr 2,7 millioner prøver. Moteindustrien er også på sidelinjen. RS Print bruker et system som måler trykket på sålen for å skrive ut individuelle innleggssåler. Designere eksperimentere med bikinier, sko og kjoler.

Rapid prototyping

Ved rask prototyping betyr opprettelsen av et prototypeprodukt på kortest mulig tid. Det er en av de viktigste bruksområdene til additiv produksjonsteknologi. Prototypen er prototypen av produktet som er nødvendig for å optimalisere formen på delen, evaluere ergonomien, kontrollere muligheten for montering og korrektheten av layoutløsninger. Det er derfor å redusere produksjonstidspunktet, slik at du kan redusere utviklings tiden betydelig. Prototypen kan også være en modell designet for å utføre aerodynamiske og hydrodynamiske tester eller kontrollere funksjonaliteten til boligdeler av husholdningsapparater og medisinsk utstyr. Mange prototyper er opprettet som søkemodellmodeller med nyanser i konfigurasjonen, farger med fargestoffer, etc. For rask prototyping brukes billige 3D-skrivere.

Rask produksjon

Tilsetningsteknologier i bransjen har gode utsikter. Småskala produksjon av produkter med kompleks geometri og av spesifikke materialer er vanlig innen skipsbygging, kraftteknikk, rekonstruktiv kirurgi og tannlege og luftfartsindustrien. Den direkte dyrking av metallprodukter her er motivert av økonomisk hensiktsmessighet, siden denne produksjonsmetoden var billigere. Ved bruk av additivteknologi produseres arbeidsorganer av turbiner og aksler, implantater og endoprosteser, reservedeler til biler og fly.

Utviklingen av rask produksjon ble også lettet ved en betydelig utvidelse av antall tilgjengelige metallpulvermaterialer. Hvis det i 2000 var 5-6 typer pulver, nå tilbys en bred nomenklatur, beregnet i dusinvis av sammensetninger fra strukturelle stål til edle metaller og varmebestandige legeringer.

Avansert og additiv teknologi innen maskinteknikk, hvor de kan brukes til produksjon av verktøy og Enheter for seriell produksjon - Innstikk for termoplastisk automasjon, forme, maler.

Ultimaker 2 - den beste 3D-skriveren i 2016

Ifølge bladet CHIP, som testet og sammenlignet egenskapene til husholdnings 3D-skrivere, er de beste skriverne i 2016 Ultimaker 2-modeller fra Ultimaker 2, Conrads Reniforce RF1000 og MakerBot's Replicator Desktop 3D Printer.

Ultimaker 2+ i sin forbedrede modell bruker simuleringsteknologi ved fusing. 3D-skriveren har den minste lagtykkelsen på 0,02 mm, en kort beregningstid, en lav utskriftskostnad (2600 rubler per 1 kg materiale). Viktige funksjoner:

• Størrelsen på arbeidskammeret er 223 x 223 x 305 mm;
• Vekt - 12,3 kg;
• Hodestørrelse - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• Hodetemperatur - 180-260 ° C;
• Oppløsningen av laget er 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikron;
• Utskriftshastighet - 8-24 mm ³ / s;
• Nøyaktighet XYZ - 12,5-12,55 mikron;
• Materiale - PLA, ABS, CPE med en diameter på 2,85 mm;
• Programvare - Cura;
• Støttede filtyper - STL, OBJ, AMF;
• Strømforbruk - 221 W;
• Pris - 1 895 euro grunnleggende modell og 2 495 euro avansert.

Ifølge kundene er skriveren enkel å installere og bruke. De noterer seg høyoppløselig, selvregulerende seng, et bredt spekter av brukte materialer, bruken av åpen kildekode-programvare. Ulempene med skriveren inkluderer et åpent design av skriveren, som kan føre til brenning med varmt materiale.

LulzBot Mini 3D-skriver

I gjennomgang av magasinet PC Magazine Ultimaker 2 og Replicator Desktop 3D Printer er også blant de tre øverste, men her var først og fremst skriveren LulzBot Mini 3D Printer. Dens spesifikasjoner er som følger:

• Størrelsen på arbeidskammeret er 152 x 152 x 158 mm;
• Vekt - 8,55 kg;
• Hodetemperatur - 300 ° C;
• Tykkelsen på laget er 0,05-0,5 mm;
• Utskriftshastighet - 275 mm / s ved en laghøyde på 0,18 mm;
• Materiale - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, polyester, nylon, polykarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS osv. Med en diameter på 3 mm;
• Programvare - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl, etc .;
• Strømforbruk - 300 W;
• Pris - 1 250 amerikanske dollar.

Sciaky EBAM 300

En av de beste industrimaskiner additiv produksjon er EBAM 300 selskaper Sciaky. Elektronstrålekanon som fører til at metall-lagene ved en hastighet på opp til 9 kg pr time.

• størrelsen av arbeidskammeret - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• trykket i vakuumkammeret - 1x10 ^-4 Torr;
• strømforbruk - opp til 42 kW ved en spenning på 60 kV;
• teknologi - ekstrudering;
• materiale - titan og titanlegeringer, tantal, inconel, wolfram, niob, rustfritt stål, aluminium, stål, kobber-nikkel-legering (70/30 og 30/70);
• den maksimale mengde - 8605.2 liter;
• pris - 250 tusen dollar ..

Additive teknologi i Russland

industriell karakter maskiner i Russland er ikke produsert. Mens bare blir utviklet i "Rosatom", lasersenter MSTU. Bauman University "STANKIN" Polytechnic University of St. Petersburg, Ural Federal University. "Voronezhselimmash", undervisnings produsere og lige 3D-skrivere "Alpha", er å utvikle en kommersielt additiv plante.

Den samme situasjonen med forsyninger. Lederen for utvikling av pulvere og pulverformuleringer i Russland er viam. De produserte pulver for additive teknologi blir brukt i restaureringen av turbinbladene, etter ordre fra Permian "flymotorer». Progress er og på All-russiske Institute of lettmetaller (hjul). Utviklingen er forskjellige tekniske sentre over hele Russland. "Rostec", Ural Branch of Russian Academy of Sciences, UFU føre deres utvikling. Men fortsatt er de ikke i stand til å møte enda en liten etterspørsel på 20 tonn pulver per år.

I denne forbindelse, instruerte regjeringen Ministry of Education, Ministry of Economic Development, Ministry of Industry, Ministry of Communications, russiske vitenskapsakademiet, Fano, "Roscosmos", "Rosatom", "Rosstandart" utviklingsinstitusjoner for å etablere et koordinert program utvikling og forskning. For det er foreslått å bevilge ekstra bevilgningene, samt å vurdere muligheten for samfinansiering på bekostning av National Welfare Fund og andre kilder. Det anbefales å støtte den nye produksjonsteknologi, i Vol. H. Addisjon, Mers, "Rosnano" Fondet "SKOLKOVO", eksport byrå "EXIAR", "Vnesheconombank". Regjeringen er også representert ved Nærings- og handelsdepartementet vil utarbeide en del av statlig program for utvikling og forbedring av industriell konkurranseevne.