Lisandustehnoloogiad Venemaa tööstuses. aditiivne meetod

Lisatehnoloogiaid kasutatakse aktiivselt energeetikas, instrumentide valmistamisel, lennutööstuses, kosmosetööstuses, kus on suur vajadus keeruka geomeetriaga toodete järele.Venemaal on paljud ettevõtted juba tutvunud lisandite tehnoloogiatega. Juhime teie tähelepanu materjal almanahhist"Tootmise juhtimine", mis kirjeldab mitmeid näiteid 3D-printimise tõhusast rakendamisest.

Lisatehnoloogiad on avanud võimaluse valmistada mis tahes keerukuse ja geomeetriaga detaile ilma tehnoloogiliste piiranguteta. Osa geomeetriat saab muuta projekteerimise ja katsetamise etapis.

Failide ettevalmistamine printimiseks toimub tavatarkvaraga arvutites, tööks võetakse vastu STL-faile. See on tänapäeval laialdaselt kasutatav formaat stereolitograafiliste 3D-printerite jaoks kolmemõõtmeliste objektide salvestamiseks. Investeeringud projekti ulatusid umbes 60 miljoni rublani.

Alexander Zdanevich, NPK United Wagon Company infojuht: „Additiivsed printimistehnoloogiad edenevad ja tõenäoliselt muudavad need lähitulevikus mitmete tööstusharude nägu. See puudutab peamiselt ettevõtteid, mis toodavad tükikaupu kindla tellimuse peale. Masstootmise puhul on olukord keerulisem, kuigi selles vallas kasutatakse juba erinevat tüüpi 3D-printereid.

Massünteesiks on palju tehnoloogiaid. Üks paljutõotav tööstuslikuks rakendamiseks on. Protsessi võib jagada kaheks etapiks. Esimeses etapis moodustatakse konstruktsioonikiht vedela fotopolümeerina, mis on ühtlaselt jaotatud tööplatvormi pinnale. Seejärel toimub selle kihi osade selektiivne kõvenemine vastavalt arvutisse ehitatud 3D-mudeli praegusele lõigule.

Raudteetehnika osas saab seda tehnoloogiat kasutada valukoja tootmise ettevalmistamise etapis, eriti valukoja seadmete komplekti tootmisel. Sama tööriistakomplekti, mis on iga valandi jaoks ainulaadne, kasutatakse vastavate valuvormide tuhandete tootmistsüklite jaoks.

Lõpptoote kvaliteet sõltub otseselt kõigi disainerite poolt ette nähtud parameetrite täpsusest, mida jälgitakse seadmekomplekti valmistamise protsessis. Traditsiooniline tööriistakomplekti valmistamise meetod materjalide (metall, plast, mõnikord puit) mehaanilise töötlemise teel on väga töömahukas ja pikk (mõnikord võtab aega kuni mitu kuud), olles samas tundlik vigade suhtes.

Selle artikli originaal: Lisatehnoloogiad: 3D-printimise võimalused ja väljavaated. "Tootmise kontroll. Digitootmine”, aprill 2017. Avaldatud lühendatud kujul.

Meister on täpselt nii hea, kui hea on tema tööriistad. Nii et 3D-printer on sama hea kui . Me kõik oleme kuulnud lisandite tootmisest (AM), kuid sellest tehnoloogiast lähtuvalt kiire loomine prototüüpide masstootmisse, on sellel palju takistusi ületada.

Kahtlemata on üks suurimaid takistusi 3D-printimise tegemisel a tootmisprotsess, on materjalidega seotud piirangud. Oleme jõudnud kaugele aegadest, mil kasutati ainult patenteeritud plastkiude. Viimastel aastatel on metalli kasutav AM kiiresti arenenud ja 3D-printimisvaikude avatud platvormide trend julgustab paljusid mängijaid, näiteks DuPont, looma lisaainete turule uusi materjalirakendusi.

Lisandite tootmise tööstuse olukord

AP turu kasvust viimase kümne aasta jooksul ei saa isegi rääkida. Lisaks näitavad praegused prognoosid, et 3D-printimise turg jätkab traditsiooniliste tootmistehnoloogiate, nagu survevalu ja CNC-mehaaniline töötlemine, möödumist. Metallipõhise AP väljavaated on veelgi optimistlikumad, mis selgitab, miks ettevõtted nagu Vulcan Laboratories, mis varem keskendusid polümeeripõhisele AP-le, on hakanud investeerima metallirakendustesse.

AP-tööstuse märgatavaid muutusi on lihtsam tajuda, kui vaadata, kui kaugele on tööstus nii lühikese ajaga jõudnud. “2008. aastal tegid 3D-printimist käputäis ettevõtteid, kes andsid uurimise eesmärgil välja paar printerit aastas. Kuid nüüd areneb kogu tööstusharu tempos, mis on oluliselt erinev kui 10 aastat tagasi,” ütleb Ultimakeri president John Kawola.

Star Rapidi president ja asutaja Gordon Styles märkis AP materjalides tehtud muudatusi. "Kümme aastat tagasi poleks ma osanud arvata, et saate printida materjalidega, mis on väga vastupidavad, keemiliselt vastupidavad ja soojust peegeldavad," ütleb ta. — See oli alles hiljuti, kuid Markforgedi startup teeb just seda. Seda tehnoloogiat pakkuvate suuremate korporatsioonide asemel oli Markforged esimene, kes lõi oonüksist osi ning kasutab isegi Kevlarist, süsinikkiust ja HSHT-klaaskiust niiti.

Nagu Kavola ja Stilesi sõnad näitavad, on kontrast 2008. ja 2018. aasta vahel 3D-trükitööstuses üsna märgatav. Kümne aastaga oleme muutunud mõnest ettevõttest sadadeks ja oleme näinud, kuidas lauaarvuti 3D-printimise võimalused plahvatuslikult kasvavad samal ajal, kui hinnad langevad. Ja me oleme jõudnud teoreetilistest aruteludest metalli ja muude materjalide kasutamise üle 3D-printimisel kuni kosmosetööstuse osade lisatootmiseni.

Niidirullid, niiskuse eest kaitsmiseks mähitud tsellofaani

Võrdluseks, kui Motorola telefon RAZR V3 oli omal ajal kõige populaarsem telefon, siis 2008. aastal olid meil juba iPhone, Facebook, Twitter ja palju muud. Tootmistehnoloogia osas oli 2008 aasta, mil IMTSis pakuti välja MTConnecti avatud sidestandard.

Teised IMTS 2008 uuendused olid multifunktsionaalsed masinad, plastide ja komposiitide töötlemine. Kõik need tehnoloogiad on viimase kümne aasta jooksul edusamme teinud, kuid ükski neist pole võrreldav AP plahvatusliku kasvuga, mida oleme näinud ja näeme ka täna.

Lisandite tööstuslikud materjalid

Wohlersi 2017. aasta aruande kohaselt on AP materjalide turg alates 2016. aastast kasvanud 17 protsenti. See on aeglasem kui polümeeri AP turu kasv tervikuna, mille aastane liitkasv (CAGR) oli 29 protsenti aastatel 2010–2017. See ei tohiks olla üllatav: materjaliturg ei ole veel küpsenud ja uut 3D-printerit on palju lihtsam välja anda kui välja töötada. uus materjal printimiseks.

Materjalide mitmekesisus on AP-s endiselt probleemiks, kuigi mitte nii väljendunud kui kümme aastat tagasi. "Kui minna tagasi aastasse 2008, kasutasid peaaegu kõik ettevõtted materjalina patenteeritud plastikut," selgitab Kavola. - Tarnija jaoks oli sissetulek suur, kui tarbija sai osta ainult teilt. Aga kui võtta need materjalid, millega tol ajal töötasime, siis võis neid olla kümneid, mitte sadu, nagu praegu.”

Patenditud materjalide kasutamine on hea viis säilitada monopoli, kuid see pidurdab uute materjalide väljatöötamist. Kui kliendil pole valikut ja ta peab ostma ainult sinu käest, siis pole vahet, kas sinu konkurent pakub mõnda muud paremate omadustega materjali, sest kliendi sellele üleminekul – uue 3d printeri ostmisel – on barjäär liiga kõrge.

Selline turusegmentatsioon pärsib ka materjalitarnijate uuendusi. Kui olete DuPont, on palju tulusam arendada nailonipõhiseid 3D-printimismaterjale, mida saab kasutada mitmesugustel printeritel, kui luua iga kaubamärgi jaoks kohandatud valem.

Õnneks on AM-materjalide turg viimastel aastatel muutunud palju avatumaks, nagu Stiles selgitab: „Täna näeme, et enamik printeritootjaid on avatud ostjate ja kolmandate osapoolte tarnijate tooraine arendamisele ja kasutamisele. See võib olla tingitud võistlejate arvust madalad hinnad ning asjaolu, et uute materjalide väljatöötamine ja katsetamine on kulukas ja nende rakendusnišš võib olla väga kitsas. See kehtib eriti metallisulamite kohta."

"Seetõttu on 3D-printimise tööstus, sealhulgas sellised ettevõtted nagu Ultimaker ja HP, viimastel aastatel liikunud avatud materjaliplatvormide poole," ütleb Kavola. „See avas ukse suurtele materjaliettevõtetele üle maailma – DuPont, Dow, Owens Corning, Mitsubishi, DSM ja paljud teised. Ma arvan, et see mängib suur roll lükata 3D-printimine tootmise suunas, kuna vaikmaterjalide maailma parimad inimesed hakkavad kasutama survevalus kasutatavaid materjale ja kohandama neid 3D-printimiseks.

Kuid AP-d tootmises kasutades jääb materjali sertifitseerimise probleem alles. “Materjalide kontrollimine AP jaoks ja tõestamine, et saadud tooted ei ole halvemad, kui mitte paremad kui saadud tooted traditsioonilised meetodid, on peamine takistus AP kasutamisele tootmises, ”ütleb Stiles. "See nõuab raha ja aega. Tootmiskeskkonnas on vaja tõestada erinevate tarnijate sama kvaliteedi saavutamise võimekust, samuti nende levitamist ja arvu suurendamist.

“Tooraine ühtlase kvaliteedi kõrgeid nõudeid on suure tarnebaasi korral raske täita, rääkimata tootmistehnoloogia erinevustest ja tarnijate kasutatavatest tooraineallikatest. Kõiki neid tegureid tuleb arvestada,” lisab ta.

Lisandite tootmiseks kasutatavate materjalide hulk on kindlasti tõusuteel, kuna sekkuvad suured materjalitarnijad, kuid millised materjalid on tänapäeval tootmiseks tõeliselt sobivad?

AP materjalide tüübid

Kuigi AM-s saab kasutada palju materjale – sealhulgas liiv, klaas, keraamika ja isegi šokolaad –, keskendub see artikkel ainult kahele materjalikategooriale, mis mängivad tootmisrakendustes suurimat rolli: polümeerid (nt termoplastid) ja metallid. .

Metallmaterjalid 3D printimiseks

AM metallimaterjalide turg on kasvanud isegi kiiremini kui kogu AM turg ja selle põhjuseks on materjalid. Erinevalt polümeersetest 3D-printeritest, mis nõuavad täiesti uue materjalitööstuse väljatöötamist, töötavad metallist 3D-printerid olemasolevate tarnijate traadi või (sagedamini) metallipulbriga.

Muidugi, kui soovite toota kvaliteetseid metallosi, peate kasutama spetsiaalselt AM jaoks mõeldud pulbrit, st mille puhul täheldatakse osakeste suuruse ühtlust. Pulbritööstuse arengule on aga kaasa aidanud samade materjalide kasutamine metallide katmisel ja 3D-printimisel. See tähendab, et AM-tehnoloogia abil on võimalik valmistada metallosi samast materjalist, millest need varem valmistati.

Ja iseenesest pakub AM uusi võimalusi materjalidele, mida traditsioonilises tootmises ei kasutatud. Näiteks mõned metallist 3D-printimise meetodid võimaldavad teil kihte rakendada mitmesugused metallid- alumiinium, tantaal ja nikkel - ühe osa valmistamisel. Teisest küljest toob 3D-printimise protsess kaasa ka uusi probleeme ja veaallikaid, sealhulgas poorsus, jääkpinged ja deformatsioonid.

Aga üldiselt, kui metall käitub hästi keevitamisel või valamisel, sobib see ka AM-ile. Nagu eespool märgitud, on juba olemas suur valik metalle ja sulameid, mida saab 3D-printimisel kasutada kas pulbri või traadi kujul. Need sisaldavad:

• Alumiiniumist
• Koobalt
• Inconel
• Nikkel
• Väärismetallid (kuld, hõbe, plaatina)
• Roostevaba teras
• Tantaal
• Titaan
• Tööriista teras
• Volfram.

Vaatame lähemalt kolme selle loendi metalli.

Lisandite tootmine titaaniga

Titaan on üks populaarsemaid materjale 3D-printimiseks tootmises, eriti kosmose- ja meditsiinirakendustes. See ühendab alumiiniumi kerguse terase tugevusega ning on mittetoksiline. Neid eeliseid aga tasakaalustab titaani suhteliselt kõrge hind. Seetõttu muudab jäätmete vähendamine AM-st atraktiivseks võimaluseks titaandetailide tootmiseks.

Titaanipulber on väga tuleohtlik ja plahvatab kokkupuutel veega temperatuuril üle 700° C. Sel põhjusel tehakse titaanipulbriga 3D-printimist vaakum- või argoonikambrites. Samuti on võimalik 3D-printida kasutades elektronkiirega sulatamist (EBM) titaantraadi, mis välistab plahvatusohtliku reaktsiooni ohu.

Kaks kõige levinumat AM-s kasutatavat titaanisulamit on 6Al-4V ja 6Al-4V ELI.

3D trükkimine alumiiniumiga

Alumiiniumi, kerget ja mitmekülgset metalli, saab kasutada kosmosekomponentide ja võidusõiduautode osade 3D-printimiseks. Kuigi sellel pole terase tugevust, on alumiinium terasest palju kergem ja korrosioonikindlam. Need on ka terasest kallimad, kuigi mitte nii palju kui titaan.

Alumiiniumi kasutamise peamine eelis 3D-printimisel on võimalus toota väikeste omadustega ja õhukeste seintega detaile (kuni 50 mikronit). AM-meetoditel valmistatud alumiiniumdetailidel on tekstureeritud ja matt pind, erinevalt poleeritud pinnast alumiiniumist osade valmistamisel tööpinkidel

Levinud alumiiniumisulam 3D-printimiseks on AlSi10Mg.

Lisandite tootmine roostevabast terasest

Võrreldes alumiiniumi, titaani ja enamiku teiste selles loendis olevate metallidega on roostevaba teras soodsam valik. Seda saab kasutada suure tugevuse ja tihedusega veekindlate osade 3D-printimiseks ning kasutamiseks äärmuslikes keskkondades, näiteks reaktiivmootorid lennukid ja raketid. Läbi on viidud uuringud 316L roostevaba terase kasutatavuse kohta korpuste tootmisel tuumareaktorid AP abiga. Kuigi 316L ei ole üldiselt kuumtöödeldud, viitab Renishaw aruanne, et AM-protsess tekitab tugevamaid sulameid kui metalli sepistamine, tekitades tõmbejõude üle 600 MPa. Roostevabast terasest osadele prinditakse 3D kas otsese metalli sadestamise või sideainega komposiitmaterjali abil. Osasid saab vahetamiseks katta teiste metallidega välimus või pinnaomadusi.

AP-s kasutatavad tavalised roostevabast terasest sulamid on 17-4PH, 15-5-PH, ASM 316L ja 304L.

Termoplastilised materjalid 3D printimiseks

Termoplastse või polümeerse AM-i materjalide turg on mitme aastakümne jooksul arenenud ning 3D-printimismaterjalide avatud platvormide areneva trendiga on see muutunud stabiilsemaks. Nagu Kavola ütleb: „Omaseadmete tootjad ostavad oma survevalumaterjale suured ettevõtted plastide tootmine. Kui need ettevõtted toodavad ka filamenti või pulbrit 3D-printimiseks, siis saate neid prototüüpimise etapis kasutada 3D-printerites ja seejärel kasutada samu materjale survevalu jaoks. Idee on suhteliselt uus ja tekkis alles viimastel aastatel.

Samade materjalide kasutamisel 3D-printimisel ja survevalumisel on mitmeid eeliseid. Nende hulgas on kindlus kasutada samu materjale kogu protsessi vältel, alates prototüüpidest kuni tootmiseni. Samuti on vähem ilmseid eeliseid, näiteks materjalide täiendava sertifitseerimise puudumine, mis pikendab nende vastuvõtmise aega.

„Sama detaili valmistamiseks mõeldud survevalu ja 3D-printimise protsessid on erinevad, kuid kui kasutatakse sama materjali, on ettevõttel AM-tehnoloogiate kasutuselevõtt kasu,“ ütleb Kavola.

Stiles tõstab esile ühe populaarse materjali esilekerkimist: "Sel aastal ilmus PEEK, värvitu orgaaniline termoplastne polümeer mitmesuguste tootmissüsteemide jaoks," ütleb ta. - PEEK on väga populaarne auto-, meditsiini-, kosmose- ja keemiatööstuses. See on löögikindel (kõva), tugev, vastupidav, selle sulamistemperatuur on üle 300 °C ja FDA on heaks kiitnud toiduga kokkupuutumiseks.

3D-printimiseks mõeldud polümeermaterjalide loend on palju pikem nimekiri metallid, kuid kõige populaarsemate materjalide hulgas on järgmised:

• atsetaal
• akrüülkiud
• Akrüülnitriilbutadieenstüreen (ABS)
• Akrüülnitriilstüreenakrülaat (ASA)
• Tugeva mõjuga polüstüreen (HIPS)
• Nailon
• Polükarbonaat (PC)
• Polüeeterketoon (PEEK)
• Polüetüleentereftalaat (PET)
• Polüetüleentereftalaattrimetüleen (PETT)
• Glükooliga modifitseeritud polüetüleentereftalaat (PET-G)
• Polülaktiid (PLA)
• Polüpropüleen (PP)
• Polüvinüülalkohol (PVA)
• Termoplastne elastomeer (TPE)
• Polüeeterimiid ULTEM

Nagu metallide puhul, käsitleme üksikasjalikult kolme selle loendi materjali.

AP akrüülnitriilbutadieenstüreeniga (ABS)

Seni on väga populaarne 3D-printimise materjal ABS. Kuigi PLA on üldiselt populaarsem, on selle tugevuse, vastupidavuse ja madala hinna tõttu peaaegu alati parem kasutada tootmiseks ABS-i. 3D-printerirakenduste jaoks tuleb ABS-i kuumutada suhteliselt kõrge temperatuurini 230–250 °C, mistõttu on vaja soojendada printeri alust, et tagada õige jahutus ja vältida väändumist.

ABS-osade valmistamisel kasutatakse liitliimimist (FDM), kihtide kaupa liimimist, stereolitograafiat (SLA) või fotopolümeertrüki tehnikaid. ABS-i peamiseks puuduseks on selle mürgisus, mis sulamistemperatuuri saavutamisel eraldab mürgiseid aure. 3D-prinditud ABS-osi kasutatakse sageli lõpptoodete valamise või tööriistade jaoks.

3D trükkimine nailoniga

Nailon (polüamiid) on sünteetiline polümeer. See on tugevam kui ABS, kuigi kallim. See on paindlik ja sellel on suurepärane materiaalne mälu. 3D-prinditud osade kiht-kihiline liimimine viib ka nailoni keskmisest kõrgemale tasemele.

Nailoni tundlikkus niiskuse suhtes nõuab selle kasutamist AP-s kas vaakumis või kõrgel temperatuuril. Seda tuleb hoida õhukindlates konteinerites. Mõned nailonist osad võivad kokku suruda, muutes selle ebatäpsemaks materjaliks kui ABS.

AP populaarsed nailoniklassid on Taulman 618, Taulman 645 ja Bridge Nylon.

Lisandite tootmine polükarbonaadiga (PC)

Polükarbonaat (kaubamärk Lexan) on kerge ja tihe materjal, millel on suurepärane tõmbetugevus. Selle läbipaistvus võimaldab seda kasutada mitmesugustel eesmärkidel, isegi päikeseprillide tootmisel. Süsinikega tugevdatud arvutit saab kasutada sisselaskekollektorite ja muude kõrge temperatuuriga osade jaoks.

PC lahustub diklorometaanis ja sulab temperatuuril 260–300 °C, mis on 3D-printimise jaoks üsna kõrge. Kuigi läbipaistev, saab arvutit vajadusel toonida. Nagu ABS, nõuab see ka printeri aluse kuumutamist, et tagada liimimine ja vähendada kõverust.

Materjalid 3D printimiseks

Kõigist edusammudest hoolimata jääb 3D-printimine tootmises pigem nišitehnoloogiaks kui peavooluks. Kavola selgitab AP praegust kohta sektoris tervikuna, vaadeldes tootmisspektri kahte äärmust;

"Üks äärmus on Lego tükkide tootmine poole sendi eest," ütleb ta. "Te ei saa siin kunagi 3D-printimisega võistelda, vähemalt mitte minu eluajal. Teine äärmus on 3D-printimise kasutamine hambaravis, kus kõik tehakse ühes eksemplaris. Seetõttu on tootmises parim võimalus 3D-printimiseks seal, kus toodetakse 100–1000 detaili.

Materjalide osas toob Stiles välja ühe asja, mida tuleb arvestada. "Inimesed peavad teadma tooraine- ja tootmiskulusid," ütleb ta. "Paljud lihtsalt ei mõista, kui kulukas AP protsess võib olla. Kulude mõistmine võib aidata teil teha teadlikke otsuseid 3D-printimise kohta traditsioonilise tehnoloogiaga, nagu survevalu või CNC-töötlus.

Peamine trend on uute tehnoloogiate kasutamine Viimastel aastatel mis tahes valdkonnas tööstuslik tootmine. Iga ettevõte Venemaal ja maailmas püüab luua odavamaid, usaldusväärsemaid ja kvaliteetsemaid tooteid, kasutades kõige kaasaegsemaid meetodeid ja materjale. Kasutamine lisandite tehnoloogiad- üks neist eredamaid näiteid kuidas uued arendused ja seadmed võivad traditsioonilist tootmist oluliselt parandada.

Mis on lisandtehnoloogia?

Lisatootmistehnoloogiad võimaldavad 3D arvutimudelil põhineva kihina toota mis tahes toodet. Seda objekti loomise protsessi nimetatakse tootmise järkjärgulisuse tõttu ka "kasvamiseks". Kui traditsioonilises tootmises on meil alguses toorik, millelt lõikame lahtiselt kõik üleliigse maha või deformeerime, siis lisatehnoloogiate puhul ehitatakse uus toode eimillestki (õigemini amorfsest kulumaterjalist). materjal). Olenevalt tehnoloogiast võib objekti ehitada alt üles või vastupidi, saada erinevaid omadusi.

Lisandite valmistamise üldskeemi saab esitada järgmise järjestusega:

Esimesed lisandite tootmissüsteemid töötasid peamiselt polümeersete materjalidega. Tänapäeval suudavad 3D-printerid, mis kujutavad endast lisaainete tootmist, töötada mitte ainult nendega, vaid ka insenerplastide, komposiitpulbrite, erinevat tüüpi metallide, keraamika, liivaga. Lisatehnoloogiaid kasutatakse aktiivselt masinaehituses, tööstuses, teaduses, hariduses, disainis, meditsiinis, valukojas ja paljudes muudes valdkondades.

Illustreerivad näited lisandite tehnoloogiate kasutamisest tööstuses – BMW ja General Electricu kogemused:

Lisandite tehnoloogiate eelised

• Valmistoodete paranenud omadused. Tänu kihilisele konstruktsioonile on toodetel ainulaadne omaduste komplekt. Näiteks metallist 3D-printeril loodud osad on oma mehaanilise käitumise, tiheduse, jääkpinge ja muude omaduste poolest paremad kui valamisel või töötlemisel saadud analoogid.
• Suur tooraine kokkuhoid. Lisandustehnoloogiad kasutavad peaaegu sama palju materjali, mis on teie toote tootmiseks vajalik. Kui traditsiooniliste tootmismeetodite puhul võib tooraine kadu olla kuni 80-85%.
• Võimalus valmistada keeruka geomeetriaga tooteid. Lisatehnoloogiate seadmed võimaldavad toota esemeid, mida muul viisil ei saa. Näiteks osa osa sees. Või väga keerulised võrkstruktuuridel põhinevad jahutussüsteemid (seda ei saa ei valamise ega stantsimisega).
• Tootmise mobiilsus ja andmevahetuse kiirendamine. Pole enam jooniseid, mõõtmisi ja mahukaid proove. Lisandite tehnoloogiate keskmes on arvuti mudel tulevane toode, mida saab mõne minutiga teisaldada maailma – ja alustada kohe tootmist.

Skemaatiliselt saab traditsioonilise ja lisatootmise erinevusi kujutada järgmise diagrammiga:

Lisandite tootmine: tehnoloogiad ja materjalid

Lisatootmine on toodete kasvatamine 3D-printeris CAD-mudelist. Seda protsessi peetakse uuenduslikuks ja see on vastuolus traditsiooniliste tööstusliku tootmise viisidega.

Tänapäeval saab eristada järgmisi lisandite valmistamise tehnoloogiaid:

• FDM(Fused deposition modeling) - sulaplastmassist niidist toote kiht-kihiline ehitamine. See on maailmas kõige laialdasemalt kasutatav 3D-printimise meetod ja seda kasutavad miljonid 3D-printerid, alates odavaimatest kuni tööstussüsteemid 3D printimine. FDM-printerid töötavad erinevat tüüpi plastid, millest populaarseim ja soodsaim on ABS. Plasttooted on väga vastupidavad, paindlikud ja sobivad suurepäraselt toodete testimiseks, prototüüpimiseks ja kasutusvalmis objektide jaoks. Maailma suurim plastikust 3D-printerite tootja on Ameerika ettevõte Stratasys.
  .

• SLM(Selective laser melting) - metallipulbrite selektiivne lasersulatus. Kõige tavalisem metallist 3D-printimise meetod. Seda tehnoloogiat kasutades on võimalik kiiresti toota keeruka geomeetriaga metalltooteid, mis on oma omadustelt paremad kui valu- ja valtsitootmine. Peamised SLM-trükisüsteemide tootjad on Saksa ettevõtted SLM Solutions ja Realizer.
  .

• SLS(Selective laser paagutamine) - polümeeripulbrite selektiivne laserpaagutamine. Seda tehnoloogiat kasutades on võimalik saada suuri tooteid erinevate füüsikalised omadused (suurenenud tugevus, paindlikkus, kuumakindlus jne). Suurim SLS-printerite tootja on Ameerika kontsern 3D Systems.
  .

• SLA(lühend sõnadest Stereolithography) - laserstereolitograafia, vedela fotopolümeermaterjali kõvendamine laseri toimel. See lisandlik digitaalne tootmistehnoloogia on keskendunud erinevate omadustega ülitäpsete toodete valmistamisele. Suurim SLA-printerite tootja on Ameerika kontsern 3D Systems.
  .

Kiirprototüüpide loomise tehnoloogiad tuleks paigutada eraldi kategooriasse. Need on 3D-printimise meetodid, mis on loodud näidiste saamiseks visuaalseks hindamiseks, testimiseks või vormide loomise mudelite meisterdamiseks.

• MJM(Multi-jet Modeling) - multi-jet modelleerimine, kasutades fotopolümeeri või vahamaterjali. See tehnoloogia võimaldab toota valamiseks põletatud või sulatatud meistermudeleid, aga ka erinevate toodete prototüüpe. Kasutatakse 3D Systems ProJet seeria 3D-printerites.
• PolyJet- vedela fotopolümeeri kõvenemine toimel ultraviolettkiirgus. Kasutatakse 3D-printerite sarjas Objet Ameerika firma Stratasys. Tehnoloogiat kasutatakse sileda pinnaga prototüüpide ja kaptenmudelite saamiseks.
• CJP(Värviprintimine) - liimi kiht-kihiline jaotus pulberkipsmaterjalile. ProJet x60 seeria 3D-printerites (endise nimega ZPrinter) kasutatakse kipsi 3D-printimise tehnoloogiat. Siiani on see ainuke tööstuslik tehnoloogia täisvärviliseks 3D-printimiseks. Tema abiga valmivad katsetamiseks ja esitlusteks erksad värvilised toodete prototüübid, aga ka erinevad suveniirid, arhitektuursed maketid.

Lisandite tehnoloogiad Venemaal

Kodumaised ettevõtted kasutavad igal aastal üha aktiivsemalt 3D-printimissüsteeme tootmises ja teaduslikel eesmärkidel. Tootmisahelasse nutikalt integreeritud lisatootmisseadmed võimaldavad mitte ainult vähendada kulusid ja säästa aega, vaid alustada ka keerukamate ülesannete täitmist.

Globatek.3D on Venemaale tarninud uusimaid 3D-printimise ja 3D-skaneerimise süsteeme alates 2010. aastast. Meie spetsialistide paigaldatud seadmed töötavad suurimates ülikoolides (Baumani, MEPhI, MISIS, Privolzhsky, SSAU jt) ja tööstusettevõtetes, sõjalis-tööstuskompleksi asutustes ja kosmosetööstuses.

Telekanali "Venemaa" aruanne SLM 280HL kasutamise kohta, mille paigaldasid Samara osariigi lennundusülikooli Globatek.3D spetsialistid:

GLobatek.3D spetsialistid aitavad erinevate valdkondade professionaalidel valida 3D-seadmeid, mis lahendavad kõige tõhusamalt ettevõtte ees seisvaid probleeme. Kui teie ettevõte kaalub lisandite valmistamise seadmete ostmist, helistage +7 495 646-15-33 , ja Globatek.3D konsultandid aitavad teid valiku tegemisel.

Globatek.3D - 3D seadmed professionaalidele.

Tehnoloogiline protsess ei seisa paigal, iga päevaga toimub digitehnoloogia täiustumine, mis võimaldab kasutada uuendusi erinevaid valdkondi inimelu. Lisandite tehnoloogiad on ühed kõige arenenumad ja nõutumad kogu maailmas.

Lisandustehnoloogiad – mis see on?

Additive Manufacturing (sõnast additivity – lisatud) on objekti kihtide kaupa ülesehitamine ja süntees arvuti 3D-tehnoloogiate abil. Leiutis kuulub Charles Hullile, kes 1986. aastal kavandas esimese stereolitograafilise kolmemõõtmelise printeri. Mida tähendab mudeli kiht-kihilise loomise aditiivne protsess ja kuidas see toimib? Kaasaegses tööstuses on need mitmed erinevad protsessid, mille tulemusena modelleeritakse 3D-objekt:

• UV-kiirgus;
• ekstrusioon;
• reaktiivpihustus;
• sulandumine;
• lamineerimine.

Lisandite tehnoloogiates kasutatavad materjalid:

• vaha;
• kipsi pulber;
• vedelad fotopolümeerid;
• metallipulbrid;
• mitmesugused polüamiidid;
• polüstüreen.

Lisandite tehnoloogiate rakendamine

Tehnoloogia areng aitab kaasa paljude igapäevaeluks, inimeste tervisele ja ohutusele kasulike asjade tootmisele, näiteks lennukitootmise lisatehnoloogiad aitavad luua ökonoomsemat ja kergemat õhutransporti, kusjuures selle aerodünaamilised omadused on täielikult säilinud. See sai võimalikuks tänu linnutiibade luustruktuuri põhimõtete rakendamisele lennukitiibade disainimisel. Muud lisandite tehnoloogiate kasutusvaldkonnad:

• Ehitus;
• põllumajandustööstus;
• masinaehitus;
• laevaehitus;
• astronautika;
• meditsiin ja farmakoloogia.

Täiendavad 3D tehnoloogiad

Dünaamiliselt arenev kiiresti Täiendavaid 3D-printimise tehnoloogiaid kasutatakse progressiivsetes tööstusharudes. Lisandite tehnoloogiaid on mitut tüüpi:

1. FDM(Fused deposition modeling) - toode moodustatakse kihtidena sulaplastmassist niidist.
2. CJP(ColorJet printing) on ​​maailmas ainuke täisvärviline 3d printimine kipsist koosneva liimimispulbri põhimõttel.
3. SLS(Selective Laser Sintering) on ​​laserpaagutamise tehnoloogia, mis toodab igas suuruses ülimalt vastupidavaid esemeid.
4. MJM(MultiJet Modeling) mitme joaga 3D modelleerimine, kasutades fotopolümeere ja vaha.
5. SLA(Laser Stereolithography) - vedela polümeeri kiht-kihiline kõvenemine toimub laseri abil.

Lisatehnoloogiad masinaehituses

Ameerika insener Jim Corr on lisaainete tootmist masinaehituses kasutanud 15 aastat. Kor Ecologici Urbee projekt on 112 km / h kiirusega 3D-auto esimese prototüübi loomine, selle kere ja mõned osad prinditakse 3D-printerile. Teine ettevõte Local Motors tutvustas 2015. aasta novembris "nutikat ja turvalist" autot LMSD Swim – 75% osadest on valmistatud kolmemõõtmelise trükiga, kasutades ABS-plasti ja süsinikkiudu.

Lisatehnoloogiad ehituses

Hoonete ja erinevate rajatiste lisatootmine vähendab oluliselt ehitusaega. Ehituslik 3D-printimine on trendikas kogu maailmas. Tavainimestele laser-3D-printeritega tehtud katsed näevad fantastiliselt välja. Additiivsed 3D-tehnoloogiad – positiivsed küljed ehituses:

• säästa aega ja rahalisi kulusid (ehituse kiirus mõne päevaga, logistika, kulumaterjalide, rentimise kulude vähendamine suur hulk töötajad);
• mis tahes disainilahenduste ja komplekside rakendamine geomeetrilised kujundid(keskaegsed lossid, majad asteroidide ja galaktikate kujul);
• võime ehitada maju seoses seismilise vastupidavusega piirkondades, kus esineb maavärinaid ja orkaane.

Kõige kuulsamad 3D-hooned:

Lisandustehnoloogiad meditsiinis

2016. aastal sai sellest tänu 3D-tehnoloogiale läbimurre meditsiinis. Meditsiiniteenuste kvaliteet on oluliselt tõusnud. Aditiivne protsess on mõjutanud mitmeid tervishoiuvaldkondi ja see on vähendanud kvaliteetset ja kiireloomulist meditsiiniteenust vajavate patsientide suremust. Lisatava 3D-printimise eelised meditsiinis:

1. Tomograafiliste piltide abil sai võimalikuks patoloogiaga elund täpselt printida, et uurida eelseisva operatsiooni peensusi ja nüansse.
2. Siirdamine on jõudnud kaugele. Lisatehnoloogiad lahendavad siin mitu probleemi korraga - moraalsed ja eetilised ning ooteaegade vähendamine, teadaolev fakt et inimesed ootavad doonorelundeid mitu aastat, kuid mõnikord läheb arve mitte aastateks, vaid päevadeks ja isegi tundideks. Kunstlikult kasvatatud inimorganite siirdamine saab peagi reaalsuseks.
3. Steriilsete instrumentide trükkimine. Raskete ja ravimatute viirusnakkuste ajastul tühistavad ühekordselt kasutatavad steriilsed instrumendid meditsiiniliste protseduuride ajal nakatumise.

Tänapäeval kasutatakse meditsiinis edukalt järgmisi lisanditehnoloogia tooteid:

• kunstlikult kasvatatud inimese nahk(asjakohane siirdamiseks inimestele, kellel on kõrge ala põletused);
• bioühilduv luu- ja kõhrekude;
• onkoloogilise protsessiga elundite trükkimine ja ravimite toime uurimine kasvajatele;
• hambaimplantaadid, proteesid, kroonid;
• individuaalsed kuuldeaparaadid;
• ortopeedilised proteesid.

Lisandustehnoloogiad farmakoloogias

Kaasaegsete ravimite rohkuse juures on arstil oluline teada, mis on aditiivne toime ravimites, sellest sõltub ravi edukus. Ravi ajal võetud ravimite kumulatiivne toime peaks olema sünergiline (üksteist täiendav ja tugevdav), kuid see ei ole alati nii. Kõik sõltub individuaalsest talumatusest, keha seisundist. Ka siin tulevad appi lisatehnoloogiad. Juba katsetatakse 3D prinditud epilepsia tablette Spritam, mis sisaldavad infot patsiendi kohta: sugu, kehakaal, vanus, maksa seisund, individuaalne annus.

Lisatehnoloogiad hariduses

Lisatehnoloogiaid võetakse koolis juba aktiivselt kasutusele, kui veel hiljuti õppisid koolilapsed 3D-modelleerimist spetsialiseeritud õppes. arvutiprogrammid, nüüd on juba saanud võimalikuks simuleeritud pildi mahus printimine. Õpilased näevad visuaalselt oma leiutisi, tehtud vigu ja mehhanismi toimimist. 2018. aastaks plaanib haridusministeerium koolitada lisandite tehnoloogiad sisse õppeasutused 3000 õpetajat.

Plaatide valmistamise lahutavad ja aditiivsed meetodid, võrdlevad omadused.

AT lahutav meetodid (ladinakeelsest substraadist - lahutamine), moodustatakse juhtiv muster, eemaldades fooliumi pinna kaitsmata aladelt. Selleks kantakse dielektriku vaskfooliumile vooluringi muster ja söövitatakse fooliumi kaitsmata osad. Lahutava keemilise meetodi puudusteks on märkimisväärne vase tarbimine ja trükitud juhtide elementide külgmine söövitus, mis vähendab fooliumi nakkumist alusele.

See puudus puudub lisaaine (lat. additio - lisamine) PCB valmistamise meetod, mis põhineb keemilise vase selektiivsel sadestamisel foolimata dielektrikule. Sel juhul kasutatakse dielektrikut koos selle koostisesse sisestatud katalüsaatori ja pinnale liimikihiga. Additiivsel meetodil valmistatud plaadid on kõrge lahutusvõimega (juhid kuni 0,1 mm laiused), selliste plaatide tootmiskulud vähenevad 30% võrreldes lahutamismeetoditega, säästetakse vaske ja söövituskemikaale ning ettevõtete keskkonnaseisund on hea. paranenud. Lisandimeetodi kasutamist masstootmises piirab aga keemilise metallistamise protsessi madal tootlikkus, elektrolüütide intensiivne mõju dielektrikule ja juhtide ebapiisav nakkuvus.

Lisandmeetod ja DPP pooladitiivne valmistamine.

aditiivne meetod

Kasutatakse foolimata dielektrikut, millesse sisestatakse katalüsaator Pd:Sn = 1:3.

dielektrilise pinna ettevalmistamine (puhastamine);

Liimi pealekandmine, sukeldades plaadi 20-30 µm paksusel nitriilkummil või ABS-2 polümeeril põhinevasse kompositsiooni ja tõmmates see polümeerilahusest välja kiirusega 20-100 mm/min, millele järgneb kuivatamine temperatuuril 130-140 °C 1,5-2 tundi;

Aukude puurimine ja puhastamine plaadis;

Ahela kaitsva negatiivse mustri rakendamine, mis on suurendanud vastupidavust keemilise vaskkatte vanni kõrge leeliselise koostise suhtes;

Vase sadestamiseks avatud dielektriliste pindade söövitamine fluoroboraadi või kroomhappe lahuses, et parandada juhtide nakkumist aluspinnaga;

Keemiline vasetamine 8-16 tundi;

Kaitsekihi eemaldamine;

Maski pealekandmine jootmiseks siiditrüki teel;

Juhtmete tinatamine ja plaadis plaaditud augud.

Lisandmeetodi kasutamist piirab selle madal tootlikkus, juhtmete hea nakkuvuse saavutamine alusele ja lahuste intensiivne mõju dielektrikule.

Kell pooladitiivne meetod DPP valmistamiseks kasutatakse foolimata dielektrikut ilma sisestatud katalüsaatorita, seetõttu on sensibiliseerimis- ja aktiveerimistoimingud kohustuslikud. Protsess sisaldab järgmisi toiminguid

 dielektrilise pinna ettevalmistamine ja liimi pealekandmine;

Aukude puurimine ja puhastamine;

Kogu pinna sensibiliseerimine ja aktiveerimine;

Keemiline vaskplaat 2-3 mikroni paksuse kihiga siiditrükkimiseks ja 4-6 mikroni paksuse kihiga fotode trükkimiseks;

Ahela kaitsva joonise koostamine;

Galvaaniline vaskplaat (vase tugevdamine);

Vastupidavus eemaldamisele ja söövitamisele;

Plaadimata aukude loomine;

Maski pealekandmine trükitud juhtmete jootmiseks ja tinatamiseks.