Технология на добавките: описание, определение, характеристики на приложението и обратна връзка. Добавъчни технологии в промишлеността

3D технология за печат

Водещите страни по света участват активно в 3D състезанието. И така, през 2012 г. в Youngstown, Охайо, беше открит Националният иновационен институт за производство на добавки NAMII - първият център на добавъчните технологии от петнадесет, създадени в САЩ. В машинния парк на Института вече има 10 адитивни машини, три от които са най-модерните машини за създаване на метални части.

Терминология и класификация

Същността на добавъчните технологии е да свързват материалите, за да създават обекти от слоя с данни от 3D модел по слой. По този начин те се различават от конвенционалните технологии за производство на субстрати, включващи механична обработка - отстраняване на материята от детайла.

Технологиите на добавките се класифицират:

• върху използваните материали (течен, гранулиран, полимерен, метален прах);
• от наличието на лазер;
• чрез метода за фиксиране на слоя на конструкцията (топлинна експозиция, облъчване с ултравиолетова или видима светлина, свързващо вещество);
• чрез метода за формиране на слоя.

Има два начина за формиране на слой. Първият е, че прахообразният материал първо се излива върху платформата, разпределен от ролка или нож, за да се създаде равномерен слой от материал с определена дебелина. Има селективно третиране на праха с лазер или друг метод за свързване на прахови частици (чрез сливане или залепване) съгласно настоящото напречно сечение на CAD модела. Равнината на конструкцията е непроменена и част от праха остава недокоснат. Този метод се нарича селективен синтез, както и селективно лазерно синтероване, ако инструментът за свързване е лазер. Вторият метод се състои в директно отлагане на материала в точката на подаване на енергия.

ASTM, която разработва индустриални стандарти, разделя технологиите за 3D добавки в 7 категории.

1. Екструдирайте материала. Пастообразен материал се подава в строителната точка по продължение на отопляем екструдер, който е смес от свързващо вещество и метален прах. Изграденият суров модел се поставя във фурната, за да се отстрани свързващото вещество и прахът на праха - точно както в традиционните технологии. Тази добавка технология се прилага под търговски марки MJs на (Многофазен Jet втвърдяване, многофазни струя втвърдяване), FDM (разтопен отлагане моделиране, симулация на слоеве на топене), FFF (разтопен нишки Производство, производствен метод сливане на нишки).
2. Пръскане на материала. Например, в технологията Polyjet, восъкът или фотополимерът на многофункционална глава се подава към пункта за изграждане. Тази добавъчна технология се нарича още Multi Jetting Material.
3. Пръскане на свързващото вещество. Те включват технологиите за инжектиране с мастиленоструен печат Ink-Jet в строителната зона на немодулен материал и свързващ реагент (допълнителна технология на ExOne).
4. Свързване на листови материали. Строителният материал е полимерен филм, метално фолио, листове хартия и др. Използва се например в технологията за производство на ултрависока добавка Fabrisonic. Тънки пластини от метал се заваряват ултразвуково, след което излишният метал се отстранява чрез смилане. Добавящата технология се използва заедно със субстрата.
5. Фотополимеризация в банята. Технологията използва течни модели материали - фотополимерни смоли. Пример за това е технологията SLA от 3D системи и технологията DLP от Envisiontec, Digital Light Procession.
6. Топене на материала в предварително формирания слой. Използва се в технологиите SLS, използвайки като източник на енергия лазерни или термични глави (SHS на компанията Blueprinter).
7. Директно захранване на строителната площадка. Материалът и енергията за нейното топене пристигат в момента на строителството едновременно. Като работно тяло се използва главата, оборудвана със система за доставяне на енергия и материал. Енергията идва под формата на концентриран електронен лъч (Sciaky) или лазерен лъч (POM, Optomec,). Понякога главата е инсталирана на "ръката" на робота.

Тази класификация показва много повече за тънкостите на технологиите на добавките в сравнение с предишните.

Области на приложение

Пазарът на добавъчни технологии в динамиката на развитието е пред другите индустрии. Средният годишен ръст се оценява на 27% и според IDC до 2019 г. ще бъде 26,7 милиарда щатски долара, в сравнение с 11 милиарда през 2015 година.

Пазарът на АТ обаче все още не е разкрил неизползвания потенциал в производството на потребителски стоки. Дори 10% от фирмените средства от производствените разходи се изразходват за прототипирането му. И много компании вече заемат този пазарен сегмент. Останалите 90% обаче отиват в производство, така че създаването на приложения за бързо производство на стоки ще бъде основната посока на развитие на тази индустрия в бъдеще.

През 2014 г. делът на бързите технологии за създаване на прототипи на пазара на добавки, въпреки че намалява, тя остава най-висок - 35%, делът на производството нараства бързо и достигна дял от 31% в създаването на инструменти остана остана на 25%, а останалата част се пада на научните изследвания и образованието.

По клонове на икономиката използването на АТ технологии беше разпределено както следва:

• 21% - производство на потребителски стоки и електроника;
• 20% - производство на автомобили;
• 15% - медицина, включително стоматология;
• 12% - строителство на въздухоплавателни средства и космическа промишленост;
• 11% - производство на средства за производство;
• 8% - военно оборудване;
• 8% - образование;
• 3% - строителство.

Любители и професионалисти

Пазарът на АТ технологии е разделен на аматьори и професионалисти. Аматьорският пазар включва 3D принтери и тяхното обслужване, което включва услуги, доставки, софтуер и е предназначено за индивидуални ентусиасти, образованието и визуализацията на идеи и улесняването на комуникацията в началния етап на развитието на нов бизнес.

Професионалните 3D принтери са скъпи и подходящи за разширено възпроизвеждане. Те имат голяма конструктивна площ, производителност, точност, надеждност, разширена гама от моделни материали. Тези машини са по-сложни по магнит и изискват усвояване на специални умения за работа със самите устройства, с моделни материали и софтуер. Като правило специалистът в технологиите за добавки с висше техническо образование става оператор на професионална машина.

Допълнителни технологии през 2015 г

Според доклада Wohlers 2015, от 1988 до 2014 г., в света са инсталирани 79 602 индустриални 3D принтери. В същото време 38,1% от устройствата струват над 5 хиляди щатски долара в САЩ, 9,3% в Япония, 9,2% в Китай и 8,7% в Германия. Останалата част от света е на значително разстояние от лидерите. От 2007 до 2014 г. годишните продажби на настолни принтери са нараснали от 66 на 139 584 устройства. През 2014 г. 91,6% от продажбите представляват настолни 3D принтери и 8,4% - за производствени съоръжения за промишлени добавки, чиято печалба обаче е била 86,6% от общите или 1,12 млрд. Долара абсолютно изразяване. Машините за маса бяха удовлетворени с $ 173.2 милиона и 13.4%. През 2016 г. продажбите се очаква да нараснат до 7,3 милиарда щатски долара, през 2018 г. - 12,7 милиарда, през 2020 г. пазарът ще достигне 21,2 милиарда долара.

Според Wohlers, технологията FDM преобладава, като наброява около 300 марки по света, допълвайки ежедневно с нови модификации. Някои от тях се продават само на местно ниво, така че е много трудно, ако изобщо е възможно, да се намери информация за броя на марките, произвеждани от 3D принтери. С увереност можем да кажем, че техният брой на пазара се увеличава всеки ден. Има голямо разнообразие от размери и технологии. Например, компанията Берлин произвежда огромен BigRep FDM-принтер, наречен BigRep ONE.2 на цена от 36 хиляди души. Евро, с възможност за отпечатване обекти до 900 х 1055 х 1100 mm с резолюция от 100-1000 микрона, с два екструдери и възможността за използване на различни материали.

Промишленост - за

Авиационната индустрия инвестира силно в производството на адитиви. Използването на добавъчни технологии ще намали потреблението на материали, използвани за производство на части, с коефициент 10. Очаква се компанията GE Aviation да отпечатва ежегодно 40 хиляди инжектори. И компанията Airbus от 2018 г. ще отпечатва до 30 тона части всеки месец. Компанията отбелязва значителен напредък в характеристиките на произведените по този начин части, в сравнение с традиционните. Оказа се, че конзолата, предназначена за 2,3 тона товар, всъщност може да издържи натоварване до 14 тона, като същевременно намали теглото си наполовина. Освен това фирмата отпечатва части от алуминиев лист и конектори за гориво. В Airbus има 60 000 части, отпечатани на Fortus 3D принтери от Stratasys. Други авиокосмически компании също използват технологии за производство на добавки. Сред тях са Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Рейтеон, Прат Уитни, Ролс-Ройс и SpaceX.

Цифровите добавъчни технологии вече се използват в производството на различни потребителски продукти. Materialise - услуга за производство на адитиви, партнира с Hoet Eyeware в производството на очила за зрителни и слънчеви очила. Триизмерните модели се предоставят от различни клауд услуги. Само 3D Warehouse и Sketchup предлагат 2,7 милиона проби. Модната индустрия също е в кулоарите. RS Print използва система, която измерва налягането на подметката за отпечатване на отделните стелки. Дизайнерите експериментират с бикини, обувки и рокли.

Бързо прототипиране

Чрез бързо създаване на прототипи означава създаването на прототип в най-кратки срокове. Това е едно от основните приложения на технологиите за производство на добавки. Прототипът е прототипът на продукта, необходим за оптимизиране на формата на детайла, оценка на ергономичността му, проверка на възможността за сглобяване и правилността на оформлените решения. Ето защо намаляването на времето за производство на частта ви позволява значително да намалите времето за разработка. Също така, прототипът може да бъде модел, предназначен за извършване на аеродинамични и хидродинамични изпитвания или проверка на функционалността на жилищни части от домакински и медицинско оборудване. Много прототипи се създават като модели за търсене с нюанси в конфигурацията, цветна скала на оцветяване и др. За бързо прототипиране се използват евтини 3D принтери.

Бързо производство

Добавящите технологии в индустрията имат големи перспективи. Дребномащабното производство на продукти със сложна геометрия и специфични материали е обичайно при корабостроенето, мощност сграда машина, рехабилитационна хирургия и дентална медицина, космическа промишленост. Директното отглеждане на метални изделия тук е мотивирано от икономическа целесъобразност, тъй като това начин на производство е по-малко скъпо. С използването на добавъчни технологии се произвеждат работните тела на турбини и валове, импланти и ендопротези, резервни части за леки автомобили и самолети.

Развитието на бързото производство се насърчава и от значително разширяване на броя на наличните метални прахови материали. Ако през 2000 г. имаше 5-6 вида прахове, сега се предлага широка номенклатура, изчислена в десетки състави от структурни стомани до благородни метали и топлоустойчиви сплави.

Проспективни и добавъчни технологии в машиностроенето, където могат да бъдат използвани при производството на инструменти и аксесоари за серийно производство - вложки за термопластични автомати, матрици, шаблони.

Ultimaker 2 - най-добрият 3D принтер през 2016 година

По мнение на CHIP списание, което провежда тестване и сравнение на характеристиките на домакинството на 3D-принтери, най-добрите принтери 2016 модел Ultimaker са 2 дружества Ultimaker, Reniforce RF1000 компания Conrad и Replicator Desktop 3D принтер компания MakerBot.

Ultimaker 2+ в подобрения модел използва технологията на моделиране чрез сливане. 3D принтерът има най-малка дебелина на слоя от 0,02 мм, кратко време за изчисление, ниска цена на печат (2600 рубли на 1 кг материал). Основни характеристики:

• размерът на работната камера е 223 х 223 х 305 mm;
• тегло - 12.3 кг;
• размер на главата - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• температура на главата - 180-260 ° C;
• разделителната способност на слоя е 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 микрона;
• скорост на печат - 8-24 мм³/ s;
• точност XYZ - 12,5-12,55 микрона;
• материал - PLA, ABS, CPE с диаметър 2,85 мм;
• софтуер - Cura;
• поддържани типове файлове - STL, OBJ, AMF;
• консумация на енергия - 221 W;
• цена - 1 895 евро основен модел и 2 495 евро напреднали.

Според клиентите принтерът е лесен за инсталиране и използване. Те отбелязват висока разделителна способност, саморегулиращо се легло, голямо разнообразие от използван материал, използването на софтуер с отворен код. Недостатъците на принтера включват отворен дизайн на принтера, който може да доведе до изгаряне с горещ материал.

LulzBot Мини 3D принтер

В прегледа на списанието PC Magazine Ultimaker 2 и Desktop Replicator 3D са също сред първите три, но тук на първо място беше принтерът LulzBot Mini 3D Printer. Техните спецификации са, както следва:

• размерът на работната камера е 152 x 152 x 158 mm;
• тегло - 8,55 кг;
• температура на главата - 300 ° C;
• дебелината на слоя е 0.05-0.5 mm;
• скорост на печат - 275 мм / сек при височина на слоя 0.18 мм;
• материал - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, полиестер, найлон, поликарбонат, PETG, PCTE, PC-ABS и т.н. с диаметър 3 mm;
• софтуер - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl и др .;
• консумация на енергия - 300 W;
• Цената е 1 250 щатски долара.

Sciaky EBAM 300

Една от най-добрите индустриални машини за производство на добавки е дружеството EBAM 300 Sciaky. Пистолетът с електроннолъчене прилага метални слоеве със скорост до 9 кг на час.

• размерът на работната камера е 5791 х 1219 х 1219 mm;
• налягане на вакуумната камера - 1x10^-4 Тор;
• консумация на енергия - до 42 kW при напрежение 60 kV;
• технология - екструзия;
• материали - титан и титанови сплави, тантал, инконел, волфрам, ниобий, неръждаема стомана, алуминий, стомана, медно-никелова сплав (70/30 и 30/70);
• максималният обем е 8605,2 литра;
• цена - 250 хиляди щатски долара.

Адитивни технологии в Русия

Машини от промишлена класа в Русия не се произвеждат. Досега само разработките в "Rosatom", лазерния център на MSTU. Бауман, Университет "Станкин", Политехнически университет в Санкт Петербург, Федерален Уралски университет. "Voronezhselimmash", която произвежда образователни и битови 3D принтери "Алфа", разработва промишлена инсталация за добавки.

Същата ситуация с консумативи. Водещият в разработването на прахове и прахови състави в Русия е VIAM. Те произвеждат прах за добавъчни технологии, използвани при ремонта на турбините, по искане на Perm Aviadvigatel. Напредък има и в Всеруския институт за леки сплави (VILS). Развитието се осъществява от различни инженерни центрове в Руската федерация. Розте, Уралският клон на Руската академия на науките, Урал Федералният университет разработват свои собствени проекти. Но те не са в състояние да задоволят дори малкото търсене на 20 тона прах годишно.

В тази връзка, правителството възложи на Министерството на образованието, Министерството на икономическото развитие, Министерство на промишлеността, Министерство на съобщенията, Руската академия на науките, Фано, "Роскосмос", "Росатом", "Rosstandart" институции за развитие, за да се установи координирана програма за развитие и изследвания. За тази цел се предлага да се отпуснат допълнителни бюджетни средства, както и да се обмислят възможностите за съфинансиране от фондовете на НУФ и други източници. Препоръчва се да се подкрепят нови производствени технологии, включително добавки, RVC, Rosnano, Skolkovo фонд, експортна агенция Exar, Vnesheconombank. Също така правителството, представлявано от Министерството на промишлеността и търговията, ще подготви част от държавната програма за развитие и повишаване на конкурентоспособността на промишлеността.