Что такое формативные технологии
Аддитивные технологии в действии
Сегодня аддитивные технологии активно применяются на различных производствах по всему миру. Одним из главных российских драйверов внедрения промышленной 3D-печати является Ростех и входящая в его состав Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК).
О преимуществах аддитивного производства, инновационных методах промышленной 3D-печати и о том как «вырастить» двигатель при помощи лазера – в нашем материале.
Аддитивные технологии: основа промышленной революции
Аддитивное производство (Additive Manufacturing) – это создание изделий, основанное на поэтапном добавлении материала на основу в виде плоской платформы или осевой заготовки. В самом термине «аддитивность» (от лат. additivus – прибавляемый) заложен основной принцип этого процесса. Такой способ изготовления также называют «выращиванием» из-за послойного создания изделия.
Таким образом, суть аддитивного производства – в сложении, а не вычитании. Если при традиционном производстве вначале имеется заготовка, от которой потом отсекается все лишнее, то в случае с аддитивными технологиями новое изделие создается из ничего, а точнее, из расходного материала. Например, в домашних 3D-принтерах – это специальная пластмассовая проволока. Но, как известно, из пластика можно печатать только не слишком прочные детали и предметы. Относительно недавно в 3D-сфере началась новая эра – печать из металлических материалов. Именно данная технология аддитивного производства является основой происходящей сейчас промышленной революции.
В чем же преимущество и революционность этой новой идеи? Наиболее, пожалуй, важное достоинство аддитивных технологий заключается в том, что компьютерные модели деталей можно мгновенно передавать по сети на производственную площадку в любую точку мира. Таким образом, меняется сам привычный уклад производства – 3D-принтер не только добавляет производству мобильности, но и может заменить огромное количество оборудования на обычном заводе.
Среди других ключевых преимуществ – это снижение числа комплектующих частей создаваемых деталей. Например, изготовление обычным методом топливной форсунки для реактивного двигателя требует около 20 разных запчастей, которых нужно соединить с помощью сварки. Применение же 3D-печати позволяет создавать форсунку намного быстрее из специального материала.
Отсюда следует еще один важный момент – экономия исходного сырья и минимизация отходов. Аддитивные технологии позволяют в производстве использовать ровно столько материала, сколько требуется для конкретной детали. При традиционных способах изготовления потери сырья могут составлять до 85%.
Благодаря этому снижается и вес готовой детали, что особенно актуально для авиационной промышленности. Производители авиадвигателей уже научились создавать аддитивным способом различные кронштейны и втулки, которые при сохранении всех прочностных характеристик на 40-50% легче своих «традиционных» аналогов.
Еще одна сильная сторона аддитивного производства – штучное изготовление изделия любой формы. Этим объясняется особый интерес к аддитивным технологиям медицины и авиационно-космической промышленности – отраслей, которые довольно часто требуют мелкосерийного производства. Например, Boeing уже произвел методом аддитивных технологий более 20 тыс. деталей для военных и гражданских самолетов компании.
ОДК: драйвер внедрения аддитивных технологий
В России один из главных драйверов внедрения аддитивных технологий – Ростех и входящая в его состав Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК). Ростех начал внедрение аддитивных технологий при производстве перспективных российских газотурбинных двигателей, которые будут сертифицированы в 2025 – 2030 годах. Детали, изготовленные этим методом, будут составлять до 20% общей массы двигателя. Внедрение 3D-печати позволит в три раза снизить время и в два раза сократить стоимость изготовления серийных деталей.
Для этого Госкорпорация создала единый Центр аддитивных технологий на базе рыбинского «ОДК-Сатурн». Здесь разработан и апробирован процесс изготовления деталей селективным сплавлением, начиная от разработки 3D-модели, заканчивая функциональной деталью. Сотни различных опытных деталей, изготовленных селективным плавлением из кобальтового, титанового сплавов, нержавеющей стали, уже успешно прошли стендовые испытания в составе двигателей.
Создание высокотехнологичного Центра аддитивных технологий (ЦАТ) ведется и на другом предприятии ОДК – Московском машиностроительном предприятии имени В.В. Чернышева. Организаторами ЦАТ являются холдинги авиационного кластера Ростеха: помимо ОДК, это «Вертолеты России», КРЭТ и «Технодинамика». Причем клиентами Центра могут стать не только предприятия Госкорпорации, но и другие промышленные организации. Заказчики смогут получить полный спектр услуг: от разработки конструкции до серийного производства и сертификации продукции. Здесь создается целый конструкторско-технологический комплекс, который включит в себя лабораторию металлургических исследований и конструкторское бюро.
В первую очередь в ЦАТ осваиваются две базовых технологии: селективное послойное сплавление лазером металлического порошка и прямое лазерное выращивание.
Лазерное выращивание
Лазерные технологии для печати металлом на сегодняшний день являются наиболее быстро развивающимся методом аддитивного производства. Как упоминалось выше, их можно разделить на две группы: селективное лазерное плавление и прямое лазерное выращивание.
Селективное лазерное плавление (SLS) – технология изготовления сложных по форме и структуре изделий из металлических порошков. Сначала формируется равномерный слой порошка на подложке, а затем происходит плавление порошка при помощи мощного лазерного излучения.
Данная технология 3D-печати металлом способна с успехом заменить классические производственные процессы. К примеру, на пермском моторном заводе «Авиадвигатель» (входит в ОДК) технологию селективного лазерного спекания впервые применили еще в 2010 году для изготовления литых деталей из титановых, никелевых, кобальт-хромовых порошков.
«Сейчас конструкторы разрабатывают детали, геометрию которых традиционными методами – точением или литьем – выполнить крайне сложно или вообще технически невозможно,– а на «выращивание» одной детали, к примеру, завихрителя, кронштейна, гребенки, уходит от 6 до 40 часов», – комментирует начальник отдела разработки перспективных технологий ремонта завода «Авиадвигатель» Александр Ермолаев.
Второй вид лазерной технологии аддитивного производства настолько новый, что пока не имеет устоявшегося названия: «прямое лазерное выращивание» (DMLS) или «гетерофазная лазерная порошковая металлургия». Суть его заключается в том, что металлический порошок подается через специальное сопло непосредственно в ту же область, куда подводится лазерный луч, образуя локальную ванну жидкого расплава. Этот процесс можно образно сравнить с работой струйного принтера для бумаги.
Технология дает возможность подачи нескольких видов металлических порошков в зону выращивания. Таким образом можно создавать изделия с градиентными свойствами, например, одна часть детали может быть коррозионностойкой, а другая – жаростойкой.
Прямое лазерное выращивание позволяет значительно увеличить производительность производства. Например, корпус камеры сгорания для небольшого газотурбинного двигателя можно вырастить с нуля за три часа. Для сравнения – при использовании традиционных технологий на это уходит около двух недель. При этом результаты конструирования видны моментально, и вносить в них изменения можно сразу же. Благодаря этому в десятки раз ускоряется процесс проектирования и создания новой техники.
Данная технология уже нашла свое применение в различных наукоемких отраслях промышленности, в числе которых и двигателестроение. Номенклатура деталей, которые изготавливаются с помощью установки прямого лазерного выращивания, широкая – от гребных винтов до небольших фрагментов современных и перспективных двигателей.
Недавно ОДК ввела в эксплуатацию самую большую в России установку прямого лазерного выращивания из порошковых металлических материалов. Этот 3D-принтер крупногабаритных деталей для промышленных газотурбинных двигателей позволяет производить изделия размером до 2,5 метров в диаметре. К 2021 году на базе ПАО «Кузнецов» данным методом планируется изготавливать более 50 элементов для современных газотурбинных двигателей.
Электронно-лучевая плавка
Электронно-лучевая плавка (EBM) является еще одной технологией аддитивного производства. Этот метод, по сути, практически не отличается от SLS/DMLS печати металлом. Единственное отличие заключается в том, что вместо лазерного луча плавление осуществляется при помощи электроимпульсов.
Технология печати методом электронно-лучевой плавки металлических порошков позволяет изготавливать детали практически любой сложности, даже совсем миниатюрные изделия размером 0,2-0,4 мм. Такой 3D-принтер сможет «напечатать» практически все: от лопаток турбин авиадвигателей до ювелирных изделий.
В мировой практике промышленные электронно-лучевые 3D-принтеры часто используют для производства остеоимплантов – искусственных имплантов костей. Для их построения используют сплавы титана и нержавеющей стали. В отличие от лазерных 3D-принтеров, электронно-лучевые принтеры могут использовать металлические порошки более крупной фракции, например 75-120 мкм. Шероховатая поверхность вовсе не страшна остеоимпланту и даже может обеспечить лучшую сращиваемость в организме. При этом более крупные фракции металлических порошков дешевле по стоимости, и, как следствие, удешевляется процесс производства.
Еще одно преимущество электронно-лучевой плавки – это возможность получать готовые изделия без необходимости дополнительной термообработки в вакуумных печах, как при печати по технологии SLM. Сама печать происходит при высокой температуре в камере. В результате полного локального расплавления порошка детали обладают очень высокой плотностью, сравнимой с технологией литья.
Первый российский электронно-лучевой 3D-принтер для печати металлическими порошками сейчас разрабатывает холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех. Первый полнофункциональный образец будет произведен в конце 2020 года.
События, связанные с этим
«Вечные двигатели» и их создатели. Павел Соловьев
«Вечные двигатели» и их создатели. Николай Кузнецов
Аддитивные технологии
Среди технологий, постоянно появляющихся в жизни человека благодаря достижениям научного прогресса, существуют и такие, которые носят название «аддитивных». Это определение произошло от заимствованного слова «аддитивность», или, если быть точнее, от английского словосочетания «additive manufacturing» (сокращенно – AF), которое дословно переводится как «прибавляемое производство». Так что же это такое, и чем данный вид технологий может быть полезен обществу сегодня?
Сущность
Аддитивные технологии являются отраслью цифровой промышленности и представляют собой такой метод производства изделий и различных продуктов, при котором происходит наращение слоев объекта посредством использования компьютерных устройств для 3D-печати. Что же за материалы их заполняют? Обычно это воск, металлические и гипсовые порошки, полистирол (бесцветный и стеклообразный полимер, напоминающих пластик), полиамиды (пластмассы), жидкие фотополимеры (заготовки, затвердевающие под воздействием световых лучей, чаще всего ультрафиолетовых) и пр.
Возникновение: как это было
История аддитивных устройств началась в 1986 году, когда один из представителей компании «Ultraviolet Products» по имени Чарльз Халл (ныне исполнительный вице-президент и главный технический директор собственной организации «3D Systems») сконструировал первый в мире стереолитографический принтер для трехмерной печати. Механизм был произведен главным образом для обеспечения оборонного комплекса США своевременными поставками. Халл обратил внимание на то, что для создания отдельных деталей и их последующей сборки требуется большое количество времени и сил. Поэтому он решил не только прибегнуть к помощи ультрафиолетового излучения, но и осуществить задуманное максимально рационально. Так, мужчина сначала наложил друг на друга несколько тысяч слоев пластика, а уже потом закрепил их одной ультрафиолетовой обработкой.
Позднее Чарльз покинул обанкротившуюся фирму «UVP», но останавливаться на разработке собственного детища не пожелал, – он запатентовал техническое изобретение в 1983 году и лично основал компанию, которая затем разрослась до масштабов настоящей корпорации. Сегодня «3D Systems» является одним из ключевых участников рынка принтеров, изделий и программного софта для создания объемной продукции.
Последующее развитие аддитивные технологии получили благодаря товарищам-студентам из Массачусетского технологического института. В 1993 году Джим Бредт и Тим Андерсон решили качественно дополнить уже существующие наработки собственными идеями, а потому взяли и модифицировали обычный 2D принтер в устройство для 3D печати. В модернизированном устройстве применялись не листы бумаги, а похожий на клей специальный жидкий состав, который разбрызгивался по тонким слоям основного наполнителя (полимерного, металлического или гипсового порошка) и затвердевал. Бредт и Андерсон подарили AF мировую известность, ведь сделали их более ходовыми и универсальными. В 1995 году друзья организовали собственную организацию «Z Corporation», успехи которой не остались без внимания «3D Systems», – в 2012 году она приобрела более мелкую, но не менее перспективную компанию, и их передовые проекты начали выходить в свет под общим логотипом.
Назначение и применение
Все это означало только одно – вступление в новую эру, качественное изменение многих производственных сфер и упрощение организационных процессов! Например, в автомобильной промышленности значительно ускорился этап разработки прототипов, ведь почти все комплектующие, будь то мощные двигатели или обыкновенные кнопки и рычаги, начали создаваться с полным или частичным использованием технологии 3D печати.
Кроме того, компании стали существенно экономить, ведь теперь производство:
Интересный факт! AF используются и для изготовления искусственных конечностей.
Аддитивные технологии покоряют и другие сферы: это архитектура, авиастроительство, производство спортивного снаряжения и товаров для детей… Спектр их применения расширяется, а эксперты в один голос прочат этому направлению перспективное и радужное будущее с притоком инвестиций, возрастанием спроса на компетентную рабочую силу и повышением зарплат.
Подробнее о некоторых типах АТ
Не лишним будет упомянуть и о том, как происходит создание объемного продукта в каждом конкретном случае. Самыми популярными методами в аддитивном производстве являются:
Конференции в России
Национальный рынок АТ в России развит еще недостаточно. Потенциал сферы не раскрывается из-за дефицита кадров, недостатка материала и оборудования и отсутствия должной программы государственной поддержки.
И все же некоторые учреждения стараются собственными силами способствовать знакомству российского общества с передовыми достижениями AF. Одной из таких организаций является Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), представители которого ежегодно устраивают тематические конференции, посвященные аддитивным технологиям. Со своими докладами выступают отечественные и зарубежные ученые и работники промышленной сферы, заинтересованные в замене традиционных форм производства инновационными методами. В этом году мероприятие, состоявшееся 30 марта, стало уже 4 по счету. Принять участие в конференции, которая прошла под лозунгом «Настоящее и будущее», смогли участники, подавшие предварительные заявки.
Аддитивное производство и 3D-печать: что нужно знать в первую очередь
Аддитивное производство – процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей, как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки. В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы.
В этой динамически развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. 3D-печать, согласно стандарту ISO/ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины «аддитивное производство» и «3D-печать» означают одно и то же.
«Аддитивное производство» (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание «3D-печать» более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии стартапов, инвесторов и других сообществ.
Процессы
Технологии 3D-печати
Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:
Расходные материалы
Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:
Сферы применения аддитивных технологий
Аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Принцип действия аддитивных установок основан на построении тонких горизонтальных слоев из 3D-моделей, созданных с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) и 3D-сканеров.
АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации 3D-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки.
3D-печать активно используется для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки.
3D-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, прямое производство станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы.
Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства; в будущем их роль будет все больше возрастать.
Аддитивное производство в России
В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным Роснано, около 30% в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению 3D-решений на отдельных участках технологического цикла.
Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет – пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, эксперты отрасли утверждают, что в недалеком будущем аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии.
Хотите узнать больше о 3D-технологиях? Подписывайтесь на наш блог и получите консультацию у экспертов iQB Technologies : +7 (495) 269-62-22.
Аддитивное производство: технологии трёхмерных изделий
Главная страница » Аддитивное производство: технологии трёхмерных изделий
Аддитивное производство (АП) – ряд технологий, направленных на изготовление (создание) трёхмерных продуктов методикой послойного наложения исходного материала. При этом в качестве исходных материалов допустимо применять: полимеры, металлы, строительный бетон и прочее. Традиционно применяемый технологический набор аддитивного производства включает: компьютер, программное обеспечение 3D-моделирования, машинное оборудование, исходный материал.
Аддитивное производство — принцип и виды технологий
Кратко производственный принцип аддитивного производства видится следующим:
Структура исходного материала, используемого под создание трёхмерных объектов аддитивным производством, может представлять порошок, жидкость, листовой металл.
Аддитивное производство – разделение по видам
Аддитивным производством как таковым, фактически затрагивается целый ряд технологий скоростного создания объектов-близнецов:
Аддитивное производство как скоростное макетирование
Методика создания прототипа физической детали (сборки) на основе информации трёхмерного автоматизированного проектирования (CAD). Построение модели традиционно выполняется по технологии изготовления аддитивного слоя.
Пример аддитивного процесса изготовления достаточно сложного по форме продукта. Между тем результат работы впечатляет высокой скоростью и качеством создания
Быстрое создание прототипов (макетов) – это эффективный способ аддитивного построения экспериментальных моделей за короткий промежуток времени. Кроме того, метод скоростного макетирования моделей отличается относительно дешёвым аддитивным производством.
Скоростное макетирование следует рассматривать технологией аддитивного производства с применением термопластичных материалов и аналогичных, обладающих пластичной структурой, способствующей быстрому производству множества прототипов.
Непосредственное (прямое) цифровое производство
Технология непосредственного цифрового производства (DDM — Direct Digital Manufacturing) представляет аддитивный процесс создания трёхмерных объектов непосредственно из файла CAD. Ожидается, что этот вид процесса производства добавок произведет революцию в мире благодаря инновационным разработкам, которые могут быть быстро произведены в больших масштабах.
Некоторые из преимуществ этого процесса:
Термин «Прямое цифровое производство» определяет производство законченного продукта, но не прототипа. Материалом такого вида аддитивного производства являются в основном металлы.
Технология аддитивного многослойного производства
Многослойное (послойное) производство (LM — Layered Manufacturing) — процесс, по сути, аналогичный технологиям, описанным выше. Аддитивная технология LM выступает одним из современных видов аддитивного производства, когда изготовление изделий выполняется послойной укладкой материала.
Достаточно простая деталь (по меркам аддитивного технологического процесса), полученная посредством изготовления под управлением компьютера буквально за несколько минут работы
Продукция, изготовленная посредством аддитивного вида LM, отмечается широким разнообразием продуктов — от медицинских имплантатов, до отдельных частей крыла самолёта. Аддитивное производство такого вида допускает использование обширного спектра материалов под создание сложных изделий с высокой скоростью, за короткое время.
Технология изготовления продукта 3D печатью
Очередной вид, получивший название 3D-печать – это также аддитивный процесс изготовления трёхмерных твёрдых объектов по информации, представленной цифровым файлом. Исходными материалами изготовления продукта, являются:
Последние годы методика 3D-печати уверенно развивается, благодаря техническому прогрессу индустрии машиностроения.
Главным технологическим инструментом печати выступает 3D-принтер – устройство, изобретённое в 1983 году. Вкратце принцип работы принтера следующий: фотополимерная жидкость мгновенно превращается в твёрдое вещество под воздействием ультрафиолета, а продукт превращается в твердый пластиковый объект.
Методика непосредственного цифрового производства детали позволяет изготавливать продукты с высокой точностью и хорошими качественными показателями. Опять же выигрышным видится фактор времени
Методика стереолитографии используется в этой новаторской технологии. Химический состав материалов под 3D-печать отмечается существенным улучшением за последние годы, что позволяет повысить точность печати. Жидкие материалы для 3D-принтера обычно проявляют свойства усадки, изменяющие физическую прочность объекта.
Важность аддитивной технологии 3D-печати с оглядкой на будущее очевидна для самых разных отраслей индустрии. Одними из первых в списке — медицина и строительство. Прогнозируется общий объём товаров и услуг на сумму около трёх миллиардов долларов в год, и высокий спрос на аддитивное производство 3D-печатью.
Виды технологии 3D-печати в аддитивном производстве
Достаточно длительный промежуток времени исследований и экспериментов привёл к появлению различных технологий 3D-печати. Каждое отдельное аддитивное производство такого рода подходит для конкретных условий применения. Проведём краткий обзор развития технологий 3D-печати:
Техника изготовления продукта стереолитографией
Аппарат стереолитографии содержит четыре основных модуля:
Файл модели преобразуется в файл стандартного языка тесселяции для 3D-печатных машин. Начальный этап процесса начинается с тонкого слоя фотополимера (0,05-0,15 мм), экструдированного на перфорированной платформе.
Структурная схема стереолитографии: 1 – подвижная платформа; 2 – резервуар с фотополимером; 3 – направление движения платформы; 4 – ультрафиолетовый свет; 5 – изготовляемый продукт; 6 – суппорт; 7 – луч лазера
Платформа подвергается воздействию ультрафиолетового лазера, что сопровождается затвердеванием фотополимера. Тем самым мгновенно образуется первый слой 3D-печатного объекта. Тот же процесс повторяется путём добавления слоя за слоем до момента, пока объект не сформирован.
Далее объект промывается жидким растворителем от остатка смолы, и подвергается дополнительному ультрафиолетовому облучению для полного отверждения пластика. Изготовленные объекты обычно имеют гладкую поверхность, но качество объекта зависит от качества машины, используемой для процесса.
Цифровой световой процесс полимеризации
Технология цифрового светового процесса (DLP — Digital Light Processing) разработана специалистами «Texas Instruments» в 1987 году. Этот метод аддитивного производства печатью использует цифровые микро-зеркала, размещённые в матрице полупроводниковой микросхемы.
Специалисты называют матрицу цифровым микро-зеркальным устройством. Каждое зеркало такого устройства представляет пиксель изображения для отображения. Когда 3D-модель отправляется на принтер, ёмкость с жидким полимером подвергается воздействию света DLP-проектора.
Структурная схема процесса световой обработки: 1 – рабочая сцена; 2 – фотополимер; 3 – источник света; 4 – оптическая линза; 5 – область цифрового светового процесса; 6 – электромотор; 7 – рамное основание
Процесс световой обработки повторяется до момента полной готовности трёхмерной модели. Метод DLP 3D-печати отличают быстрая работа и создание продуктов с высоким разрешением. Примерами принтеров из серии DLP устройств являются:
Эти принтеры используются в проекторах, кинопроекторах, на сотовых телефонах и, соответственно в устройствах 3D-печати.
Технология моделирования наплавлением
Моделирование продукта наплавлением (FDM — Fused Deposition Modelling) открыли в 1980-х годах. На базе этой же технологии разработан аналогичный метод 3D-печати плавким волокном (FFF — Fused Filament Fabrication).
Принцип действия следующий:
Накладываемые слои прочно связываются один с другим в процессе остывания пластика. Сопло управляется компьютером — перемещается по направлениям X, Y, Z в соответствии с траекторией печати, созданной компьютером. Процесс повторяется до полного создания объекта.
Этот метод аддитивного производства 3D-печатью является наиболее распространённым среди всех аналогичных технологий. Последние годы отмечаются резким ростом использования принтеров такого типа разными отраслями промышленности.
Структурная схема аддитивного моделирования наплавлением: 1 – катушка исходного материала; 2 – нагревательный элемент; 3 – сопло; 4 – объектная модель; 5 – суппорт; 6 – рабочая (строительная) платформа
Примерами принтеров подобного типа выступают аппараты:
Эти машины предназначены не только для изобретателей, но также для любителей экспериментировать и для владельцев малого бизнеса. Принтеры малогабаритные, эффективные, удобные в использовании.
Селективное лазерное спекание (плавление)
Методика (SLS — Selective Laser Sintering) селективное лазерное спекание берёт начало с 1980-х годов. Такого рода аддитивным производством предполагается использование лазера для связывания порошковых материалов, чаще всего пластмасс (например, нейлона), распределяемых тонкими слоями на строительной платформе.
Первым шагом создания объекта является преобразование файла CAD в формат STL и передача информации на 3D-принтер. Затем лазер, управляемый компьютером с помощью формы объекта, фокусируется на порошке, рассыпанном на строительной платформе.
Лазер нагревает порошок чуть ниже точки кипения (вариант SLS — спекание), либо выше точки кипения (вариант SLM — плавление). По мере остывания образуется твёрдый слой. Процесс повторяется до окончательного формирования объекта, который затем охлаждается в специальной камере.
Пример практического применения технологии на основе аддитивного процесса селективного плавления. Достаточно специфичный вариант аддитивного изготовления, но востребованный некоторыми секторами промышленности
Этот процесс является дорогостоящим, поскольку основан на применении лазера повышенной мощности. К тому же применение лазера потенциально опасно для коммерческого использования.
Технология электронно-лучевой плавки
Электронное лучевое плавление (EBM — Electron Beam Melting) – метод аддитивного производства, подобный избирательному лазерному спеканию (SLS) и селективной лазерной плавке (SLM). Схожесть обусловлена применением порошка на сборочной платформе 3D-принтера.
Принцип действия технологии — воздействие высокоэнергетическим пучком электронов для затвердевания металла. Слои предварительно накладываются один на другой до полного создания объёкта. Отличительные черты метода — используются материалы исключительно электропроводящие, учитывая применение техники электронного заряда.
Используемые этим видом аддитивного производства материалы ограничиваются в основном титаном и хром-кобальтовыми сплавами. Соответственно, изготовление керамических деталей или полимеров технически невозможно в этом процессе. Примером 3D-принтера является техника «Arcam» от шведского производителя. Процесс дорогостоящий, учитывая высокую стоимость металлического порошка ($350-$450 за 1 кг).
Аддитивное производство ламинированных объектов
Производство ламинированных изделий (LOM — Laminated Object Manufacturing) разработано специалистами «Helisys Inc» (1980 г). Процессом LOM слои пластика или бумаги ламинируют вместе под действием тепла и давления. Затем продукт разрезается до желаемых форм управляемым компьютером лазером или лезвием.
Структурная схема аддитивного процесса создания ламинированных объектов: 1 – лазер; 2 – лазерный луч; 3 – область поперченного сечения и штриховки; 4 – ламинирующий модуль; 5 – платформа; 6 – листовой материал; 7 – подающий ролик; 8 – принимающий ролик
Как правило, информационный файл 3D-модели подаётся на принтер, а устройство LOM использует непрерывный лист материала:
Листы материалов протягиваются через сборочную платформу системой подающих роликов. Когда начинается печать, нагретый ролик пропускается по листу материала на строительной платформе, расплавляет клей и прижимает материал к платформе. Далее управляемый компьютером лазер (лезвие) режет материал по желаемой схеме.
Аддитивное производство песочной печатью
Одним из перспективных методов, разработанных в последнее время для индустрии 3D-печати, является так называемая песочная печать. Методика аддитивного производства отличается экономичностью и эффективностью в различных отраслях — от производства автомобильных деталей, до изготовления разных форм и скульптур.
Песочная технология печати разработана группой немецких инженеров при запуске в 1999 году. Тогда же разработан прототип 3D-принтера для литейных форм и стержней. Техника песочной печати предполагает наличие связующих веществ и клеев, которыми формируются послойные осаждения.
Процесс аналогичен некоторым ранее описанным способам, но отличается отсутствием систем нагрева. Принцип таков:
Процесс повторяется до момента, пока 3D модель окончательно не завершена. Технология в основном используются для литья металлических и алюминиевых деталей различного назначения.
При помощи информации: Aalto