Additiv teknologi: beskrivelse, definition, anvendelsesmuligheder og feedback. Additiv teknologier i industrien

3D-printteknologi dukkede op i 1986, da 3D Systems Company udviklede den første specielle printer - en maskine til stereolitografi, der blev brugt i forsvarsindustrien. De første enheder var ekstremt dyre, og valget af materiale til at skabe modeller var begrænset. Hurtig udvikling af 3D-trykning begyndte med udviklingen af CAD (design, beregning og modellering (CAE) og mekanisk behandling (CAM) teknologier. Og i dag er det svært at finde et produktionsområde, hvor 3D-printere ikke bliver brugt: Med deres hjælp bliver dele af fly, rumfartøjer, ubåde, værktøjer, proteser og implantater, smykker mv. Udsigten er indlysende - additivteknologi vil snart blive en prioriteret teknologi inden for ingeniørarbejde .

De førende lande i verden er aktivt med i 3D-racen. Så i 2012 i Youngstown, Ohio, blev det nationale innovationsinstitut for additivproduktion NAMII - det første center for additivteknologier fra femten skabt i USA blev åbnet. Institutets maskinpark har allerede 10 additivmaskiner, hvoraf tre er de mest moderne maskiner til fremstilling af metaldele.

Terminologi og klassifikation

Essensen af additivteknologier er at forbinde materialer til at oprette genstande fra 3D-modeldata lag for lag. På denne måde afviger de fra konventionelle subtraktive fremstillingsteknologier, hvilket indebærer mekanisk behandling - fjernelse af materiale fra billet.

Additiv teknologier er klassificeret:

• På de anvendte materialer (væske, bulk, polymer, metalpulver);
• Ved tilstedeværelsen af en laser;
• Ved metoden til fastsættelse af konstruktionslaget (termisk eksponering, bestråling med ultraviolet eller synligt lys, et bindemiddel);
• Ved metoden til dannelse af laget.

Der er to måder at danne et lag på. Den første er, at pulvermaterialet først hældes på platformen, fordelt af en rulle eller kniv for at skabe et ensartet lag af materiale af en given tykkelse. Der er en selektiv behandling af pulveret med en laser eller anden metode til tilslutning af pulverpartikler (ved smeltning eller limning) ifølge det nuværende tværsnit af CAD-modellen. Konstruktionsplanet er uændret, og noget af pulveret forbliver uberørt. Denne metode kaldes selektiv syntese, såvel som selektiv lasersintring, hvis krydsningsværktøjet er en laser. Den anden metode består i direkte deponering af materialet på tidspunktet for energiforsyningen.

ASTM, der udvikler industristandarder, deler 3D additivteknologier i 7 kategorier.

1. Ekstruder materialet. Et pastalignende materiale tilføres til byggepunktet gennem en opvarmet ekstruder, som er en blanding af et bindemiddel og et metalpulver. Den konstruerede råmodel placeres i ovnen for at fjerne bindemidlet og pulveret pulveret - ligesom i traditionelle teknologier. Denne additivteknologi implementeres under mærkerne MJS (Multiphase Jet Solidification, Multifase Jet Curing), FDM (Fused Deposition Modeling), FFF (Fused Filament Fabrication, Produktion ved fusion af filamenter).
2. Sprøjtning af materialet. Eksempelvis i Polyjet-teknologi tilføres voks eller fotopolymer på et multistrålehoved til byggepladsen. Denne additivteknologi kaldes også Multi Jetting Materiale.
3. Sprøjtning af bindemidlet. Disse omfatter inkjet inkjet-indsprøjtningsteknologier i byggesonen af et ikke-modelmateriale og et bindemiddelreagens (add-on-teknologi fra ExOne).
4. Sammensætning af pladematerialer. Byggematerialet er en polymerfilm, metalfolie, papirark etc. Anvendes f.eks. I teknologien til ultralydsadditivproduktion Fabrisonic. Tynde plader af metal svejses ultralyd, hvorefter overskydende metal fjernes ved formaling. Additiv teknologi bruges i forbindelse med substratet.
5. Fotopolymerisering i badet. Teknologien bruger flydende model materialer - fotopolymerharpikser. Et eksempel er SLA teknologi fra 3D Systems og DLP teknologi fra Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Smeltning af materialet i et forformet lag. Anvendes i SLS-teknologier, der bruges som kilde til energilaser eller termisk hoved (SHS-firma Blueprinter).
7. Direkte forsyning af energi til byggepladsen. Materialet og energien til dets smeltning går samtidig i konstruktionspunktet. Som arbejdslokale anvendes et hoved, der er udstyret med et system til forsyning af energi og materiale. Energi kommer i form af en koncentreret elektronstråle (Sciaky) eller en laserstråle (POM, Optomec,). Nogle gange er hovedet installeret på robotens "arm".

Denne klassifikation viser meget mere om subtiliteten af additivteknologier end de tidligere.

Anvendelsesområder

Markedet for additivteknologier i udviklingsdynamikken ligger foran andre industrier. Den gennemsnitlige årlige vækst er anslået til 27% og ifølge IDC vil i 2019 være 26,7 mia. USD mod 11 mia. I 2015.

AT-markedet har dog endnu ikke afsløret uudnyttet potentiale inden for produktion af forbrugsvarer. Op til 10% af virksomhedernes midler fra omkostningerne ved produktion af varer anvendes til prototyperne. Og mange virksomheder har allerede besat dette markedssegment. Men de resterende 90% går i produktion, så oprettelsen af ansøgninger om hurtig produktion af varer vil være den vigtigste retning for udviklingen af denne industri i fremtiden.

I 2014 var andelen af hurtige prototyper i markedet for additivteknologier fortsat den største - 35%, andelen af hurtig produktion voksede og nåede op på 31%, andelen af værktøjsværktøjer var på 25%, resten var forskning og uddannelse.

Ved brancher af økonomien blev anvendelsen af AT-teknologier fordelt som følger:

• 21% - produktion af forbrugsgoder og elektronik
• 20% - bilproduktion
• 15% - medicin, herunder tandpleje
• 12% - luftfartøjsbyggeri og rumindustri
• 11% - produktion af produktionsmidler
• 8% - militært udstyr
• 8% - uddannelse
• 3% - konstruktion.

Elskere og fagfolk

Markedet for AT-teknologier er opdelt i amatør og professionel. Amatørmarkedet omfatter 3D-printere og deres service, som omfatter tjenester, forsyninger, software og er designet til individuelle entusiaster, uddannelse og visualisering af ideer og lette kommunikation i starten af udviklingen af en ny virksomhed.

Professionelle 3D-printere er dyre og egner sig til udvidet reproduktion. De har et stort byggeri område, produktivitet, nøjagtighed, pålidelighed, udvidet udvalg af model materialer. Disse maskiner er en størrelsesorden mere kompliceret og kræver mastering af særlige færdigheder til at arbejde med enhederne selv, med modelmaterialer og software. Specialisten i additivteknologi med højere teknisk uddannelse bliver som regel operatør af en professionel maskine.

Additiv teknologier i 2015

Ifølge Wohlers Report 2015 fra 1988 til 2014 blev 79.602 industrielle 3D-printere installeret over hele verden. Samtidig tegnede sig 38,1% af enhederne på mere end 5 tusind dollars for USA, 9,3% - for Japan, 9,2% - for Kina og 8,7% - for Tyskland. Resten af verden ligger i en betydelig afstand fra lederne. Fra 2007 til 2014 voksede det årlige salg af skrivebordsprintere fra 66 til 139.584 enheder. I 2014 tegnede sig 91,6% af salget for desktop 3D-printere og 8,4% - for industrielle additivproduktionsfaciliteter, hvis overskud var 86,6% af det samlede beløb eller 1,12 milliarder dollar i Absolut udtryk. Bordmaskiner var tilfredse med $ 173,2 millioner og 13,4%. I 2016 forventes salget at stige til 7,3 mia. USD, i 2018 - 12,7 mia., I 2020 vil markedet nå 21,2 mia.

Ifølge Wohlers råder FDM-teknologi, der nummererer omkring 300 mærker rundt om i verden, og genopfyldes dagligt med nye modifikationer. Nogle af dem sælges kun lokalt, så det er meget svært, hvis det overhovedet er muligt, at finde oplysninger om antallet af mærker produceret af 3D-printere. Med tillid kan vi sige, at deres antal på markedet er stigende hver dag. Der er en bred vifte af anvendte størrelser og teknologier. For eksempel producerer Berlin-firmaet BigRep en stor FDM-printer kaldet BigRep ONE.2 til en pris på 36.000 euro, der er i stand til at udskrive objekter op til 900 x 1055 x 1100 mm med en opløsning på 100-1000 mikron, to ekstrudere og evnen til at bruge forskellige materialer.

Industri - for

Luftfartsindustrien investerer stærkt i additivproduktion. Anvendelsen af additivteknologier vil reducere forbruget af materialer til fremstilling af dele med en faktor på 10. Det forventes, at virksomheden GE Aviation årligt vil udskrive 40 tusind injektorer. Og i 2018 vil Airbus udskrive op til 30 tons dele hver måned. Virksomheden noterer sig betydelige fremskridt i egenskaberne af de producerede dele på denne måde i sammenligning med de traditionelle. Det viste sig, at beslaget, som var designet til 2,3 tons belastning, faktisk kan modstå belastninger på op til 14 tons, mens vægten reduceres med halvdelen. Derudover udskriver selskabet dele fra aluminiumsplader og brændstofstik. I Airbus er der 60 tusinde dele trykt på Fortus 3D-printere fra Stratasys. Andre luftfartsselskaber bruger også additiv produktionsteknologi. Blandt dem er Bell Helikopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce og SpaceX.

Digitale additivteknologier anvendes allerede i produktionen af en række forbrugerprodukter. Materialize, en additiv fremstillingsservice, samarbejder med Hoet Eyeware i fremstilling af briller til vision og solbriller. 3D-modeller leveres af en række forskellige cloud services. Kun 3D Warehouse og Sketchup tilbyder 2,7 millioner prøver. Modeindustrien er også på sidelinjen. RS Print bruger et system, der måler trykket af sålen til at udskrive individuelle indlægssål. Designere eksperimentere med bikinier, sko og kjoler.

Hurtig prototyping

Ved hurtig prototyping betyder oprettelsen af et prototypeprodukt på kortest mulig tid. Det er en af de vigtigste anvendelser af additiv produktionsteknologi. Prototypen er prototypen af produktet, der er nødvendig for at optimere delens facon, evaluere ergonomien, kontrollere muligheden for montering og rigtigheden af layoutløsningerne. Derfor reducerer tidspunktet for fremstilling af delen det muligt at reducere udviklingstiden betydeligt. Prototypen kan også være en model designet til at udføre aerodynamiske og hydrodynamiske tests eller kontrollere funktionaliteten af boligdele af husholdnings- og medicinsk udstyr. Mange prototyper er skabt som søgedesignmodeller med nuancer i konfigurationen, farverne i farve osv. For hurtig prototyper bruges billige 3D-printere.

Hurtig produktion

Additiv teknologier i branchen har gode udsigter. Småskala produktion af produkter med kompleks geometri og specifikke materialer er almindelig inden for skibsbygning, elteknik, rehabilitering og tandlægemedicin samt luftfartsindustrien. Den direkte dyrkning af metalprodukter her er motiveret af økonomisk hensigtsmæssighed, da denne produktionsmetode var billigere. Ved hjælp af additivteknologier produceres arbejdsstyrken for turbiner og aksler, implantater og endoprosteser, reservedele til biler og fly.

Udviklingen af hurtig produktion blev også lettet ved en betydelig udvidelse af antallet af tilgængelige metalpulvermaterialer. Hvis der i 2000 var 5-6 slags pulvere, er der nu tilbudt en bred nomenklatur beregnet i snesevis af sammensætninger fra strukturelle stål til ædle metaller og varmebestandige legeringer.

Avancerede og additivteknologier inden for maskinteknik, hvor de kan bruges til fremstilling af værktøj og Apparater til seriel produktion - Indstik til termoplastautomatik, forme, skabeloner.

Ultimaker 2 - den bedste 3D-printer i 2016

Ifølge magasinet CHIP, som testede og sammenlignede egenskaber ved husholdnings 3D-printere, er de bedste printere i 2016 Ultimaker 2-modeller fra Ultimaker 2, Conrads Reniforce RF1000 og MakerBot's Replicator Desktop 3D Printer.

Ultimaker 2+ i sin forbedrede model bruger simuleringsteknologi ved fusion. 3D-printeren har den mindste lagtykkelse på 0,02 mm, en kort beregningstid, en lav udskrivningskostnad (2600 rubler pr. 1 kg materiale). Nøglefunktioner:

• Arbejdskammerets størrelse er 223 x 223 x 305 mm;
• Vægt - 12,3 kg;
• Hovedstørrelse - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• Hovedtemperatur - 180-260 ° C;
• Løsningen af laget er 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikron;
• Udskrivningshastighed - 8-24 mm ³ / s;
• Nøjagtighed XYZ - 12,5-12,55 mikron;
• Materiale - PLA, ABS, CPE med en diameter på 2,85 mm;
• Software - Cura;
• Understøttede filtyper - STL, OBJ, AMF;
• Strømforbrug - 221 W;
• Pris - 1 895 euro grundmodel og 2 495 euro avanceret.

Ifølge kunderne er printeren nem at installere og bruge. De noterer sig høj opløsning, selvregulerende seng, en bred vifte af brugte materialer, brugen af open source software. Ulemperne ved printeren inkluderer et åbent design af printeren, som kan føre til en forbrænding med varmt materiale.

LulzBot Mini 3D Printer

I gennemgangen af magasinet PC Magazine Ultimaker 2 og Replicator Desktop 3D Printer er også blandt de tre bedste, men her var i første omgang printeren LulzBot Mini 3D Printer. Dens specifikationer er som følger:

• Arbejdskammerets størrelse er 152 x 152 x 158 mm;
• Vægt - 8,55 kg;
• Hovedtemperatur - 300 ° C;
• Lagets tykkelse er 0,05-0,5 mm;
• Udskrivningshastighed - 275 mm / s ved en laghøjde på 0,18 mm;
• Materiale - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, polyester, nylon, polycarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS osv. Med en diameter på 3 mm;
• Software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl osv.
• Strømforbrug - 300 W;
• Pris - 1 250 US dollars.

Sciaky EBAM 300

En af de bedste industrimaskiner additiv produktion er EBAM 300 virksomheder Sciaky. Elektronstrålekanon forårsager metallagene med en hastighed på op til 9 kg i timen.

• størrelsen af arbejdskammeret - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• trykket i vakuumkammeret - 1x10 ^-4 Torr;
• strømforbrug - op til 42 kW ved en spænding på 60 kV;
• teknologi - ekstrudering;
• materiale - titan og titanlegeringer, tantal, inconel, wolfram, niobium, rustfrit stål, aluminium, stål, kobber-nikkel legering (70/30 og 30/70);
• det maksimale beløb - 8605.2 liter;
• pris - 250 tusind dollars ..

Additive teknologier i Rusland

industriel-grade maskiner i Rusland ikke produceres. Mens kun blive udviklet i "Rosatom", laser center MSTU. Bauman University "STANKIN" Polytechnic University i St. Petersborg, den Uralbjergene Federal University. "Voronezhselimmash", der producerer uddannelsesmæssige og indenlandske 3D-printere "Alpha", er ved at udvikle et kommercielt additiv plante.

Den samme situation med forsyninger. Lederen af udviklingen af pulvere og pulver formuleringer i Rusland er VIAM. De producerede pulver til anvendes additive teknologier i restaurering af turbineblade ved kendelse af Perm "flymotorer». Fremskridt er, og på All-russiske institut for lette legeringer (HJUL). Udviklingen er forskellige tekniske centre i hele Den Russiske Føderation. "Rostec", Ural Branch af russiske videnskabsakademi, UFU føre deres udvikling. Men stadig er de ikke i stand til at opfylde selv en lille efterspørgsel på 20 tons pulver om året.

I denne forbindelse har regeringen pålagde Undervisningsministeriet, Ministeriet for Økonomisk Udvikling, Ministeriet for Industri, Ministeriet for Kommunikation, russiske videnskabsakademi, Fano, "Roscosmos", "Rosatom", "Rosstandart" udviklingsinstitutioner at etablere et koordineret program udvikling og forskning. For det foreslås at afsætte yderligere budgetbevillinger, samt at overveje muligheden for medfinansiering på bekostning af den nationale Welfare Fund og andre kilder. Det anbefales at støtte den nye produktionsteknologi, i bind. H. Addition, Mers, "Rosnano" fonden "Skolkovo", eksport agentur "EXIAR", "Vnesheconombank". Regeringen er også repræsenteret ved Industri og Handel Ministeriet vil udarbejde en sektion af staten program for udvikling og forbedring af industriens konkurrenceevne.