Az egyik additív gyártó gép. Additív technológiák a gépészetben: közlekedési ipar

Az additív módszerrel történő digitális gyártás egy tetszőleges bonyolultságú objektum rétegről rétegre történő létrehozásából áll. Az additív technológiák alapvetően különböznek azoktól, amelyeket a közelmúltig használtak. Legfőbb különbségük, hogy nem kivonhatóak, mint például a CNC feldolgozási módszer, hanem kollektívak. Más szóval, a termék porösszetétellel készült alkatrészekből áll össze. Az öntési, sajtolási vagy CNC megmunkálási technikákhoz képest ez a technológia akár harmincszorosára növeli a termelékenységet, de ami a legfontosabb, lehetővé teszi olyan alkatrészek előállítását, amelyeket hagyományos módszerekkel lehetetlen volt elkészíteni.

Az innovatív 3D additív technológiák lehetővé teszik bármilyen alakú és méretű modellek készítését, mivel a rétegről rétegre történő szintézis folyamat rétegről rétegre megy végbe. Ez a gyártási módszer olyan módszert használ, mint a prototípuskészítés. Ez lehetővé teszi, hogy ne egy kész objektumot készítsünk, amely meghatározott célokra használható, hanem annak prototípusát, amely lehetővé teszi a modell képességeinek, jellemzőinek, külső adatainak stb.

A prototípusok bemutathatók az ügyfeleknek, és marketing célokra is felhasználhatók. Például az autókiállításokon gyakran használnak gyors prototípus-készítéssel létrehozott modelleket, hogy bemutassák azokat a potenciális vásárlóknak. Ez a technológia lehetővé teszi a prototípusok gyors és legfőképpen olcsó előállítását a szabványos gyártási módszerekhez képest.

Az additív gyártási technológiákat széles körben alkalmazzák a tervezési költségek csökkentésére azáltal, hogy a tervezés korai szakaszában azonosítják a lehetséges hibákat. Ezenkívül ez a technológia csökkenti a piacra kerülési időt azáltal, hogy javítja a kommunikációt az ügyfél és a tervező között. Szinte teljesen kiküszöböli a prototípusok gyártásának munka- és időigényes szakaszát.

A 3D additív technológiák fejlődéstörténete és alkalmazási köre

Sokan a 21. század találmányának tartják a 3D nyomtatást, de az additív nyomtatási technológia a múlt század nyolcvanas éveiben keletkezett. Az apját pedig C. Hullnak tartják, aki az első sztereolitográfiai 3D nyomtatót SLA technológiával tervezte. Hamarosan egy másik mérnök, S. Crump tudott megtervezni és létrehozni egy FDM nyomtatót. És annak ellenére, hogy ezek a nyomtatási technológiák kissé eltérnek egymástól, egyetlen elv egyesíti őket - a háromdimenziós modell rétegenkénti növekedése. A kilencvenes évek végére mindkét technológiát elkezdték alkalmazni az iparban. Kicsit később a 3D technológiát a Massachusetts Institute két hallgatója vezette be az asztali nyomtatókba, és ma már nemcsak a gyártásban, hanem a mindennapi életben is széles körben alkalmazzák az additív technológiákat és a 3D modellezési technológiákat.

Tovább Ebben a pillanatban a modern digitális gyártási technológiákat az építőiparban, az építészetben, az orvostudományban, az űrhajózásban, a gépészetben és más tevékenységi területeken alkalmazzák. Például a gépgyártás additív technológiái lehetővé teszik olyan modellek kiváló minőségű prototípusainak létrehozását, amelyek segítenek tanulmányozni egy jövőbeli termék vagy összeállítás összes jellemzőjét. A prototípusok készítésekor a leggyakrabban alkalmazott módszer a sztereolitográfiai AF nyomtatás, amelyben a folyékony polimer rétegeit lézerrel szilárdítják meg. A technika lehetővé teszi összetett objektumok prototípusainak előállítását sok kis elemmel, beleértve a nem szabványos formákat is.

Milyen problémákat old meg az additív technológiák alkalmazása a digitális gyártásban?

Az integrált számítógép-alapú digitális gyártásirányítási rendszer numerikus modellezést, háromdimenziós (3D) vizualizációt, mérnöki elemzést és együttműködési eszközöket használ a terméktervek és a gyártási folyamatok fejlesztéséhez.

A digitális gyártástervezés a gyártás technológiai előkészítésének koncepciója egyetlen virtuális környezetben, a gyártási folyamatok tervezésére, tesztelésére és modellezésére szolgáló eszközök segítségével. A digitális gyártástechnológiák mindenekelőtt a digitális tervezés fizikai objektummá alakításának folyamatai.

Az additív technológiák alkalmazása megoldja a digitális gyártás olyan problémáit, mint a meglévő, hatékony gépgyártó iparágak modernizálása és automatizálása, valamint új, hatékony gépgyártó iparágak tervezése különféle célokra, felszerelésükre és rendszerekre, valamint gyártási és technológiai folyamatokra. automatizált rendszerek a gyártás technológiai előkészítése.

A világ vezető országai aktívan vesznek részt a 3D-s versenyben. Így 2012-ben az Ohio állambeli Youngstone-ban megnyílt a National Additive Manufacturing Innovation Institute NAMII – ez az első tizenöt fős adalékanyag-technológiai központ az Egyesült Államokban. Az intézet gépparkjában már 10 darab adalékgép található, amelyek közül három a legmodernebb fémalkatrészek készítésére alkalmas gép.

Terminológia és osztályozás

Az additív gyártás lényege, hogy az anyagok kombinálásával 3D-s modelladatokból rétegről rétegre hoznak létre objektumokat. Így különböznek a hagyományos szubtraktív gyártási technológiáktól, amelyek mechanikai feldolgozást - anyagok eltávolítását jelentik a munkadarabból.

Az additív technológiák osztályozása:

• a felhasznált anyagok szerint (folyékony, ömlesztett, polimer, fémpor);
• lézer jelenlétében;
• az építőréteg rögzítésének módszerével (hőterhelés, ultraibolya besugárzás vagy látható fény, kötőanyag összetétel);
• rétegképzés módja szerint.

Kétféleképpen lehet réteget kialakítani. Az első az, hogy először öntsünk poranyagot a platformra, és hengerrel vagy késsel terítsük szét, hogy adott vastagságú egyenletes anyagréteg jöjjön létre. A por szelektív feldolgozása lézerrel vagy a porszemcsék más összekapcsolási módszerével (olvasztással vagy ragasztással) történik a CAD modell jelenlegi szakasza szerint. Az építési sík változatlan, a por egy része érintetlen marad. Ezt a módszert szelektív szintézisnek nevezik, és szelektív lézeres szinterezésnek is nevezik, ha az összekötő eszköz lézer. A második módszer az anyag közvetlen lerakása az energiaellátás helyén.

Az ASTM, egy iparági szabványokat fejlesztő szervezet, a 3D-s additív technológiákat 7 kategóriába sorolja.

1. Anyag extrudálása. Egy pasztaszerű anyagot, amely kötőanyag és fémpor keveréke, egy fűtött extruderen keresztül juttatják az építési helyre. Az elkészült nyers modellt sütőbe helyezzük, hogy eltávolítsuk a kötőanyagot és megsütjük a port – akárcsak a hagyományos technológiáknál. Ezt az adaléktechnológiát az MJS (Multiphase Jet Solidification, Multiphase Jet Curing), FDM (Fused Deposition Modeling, Modeling by layer-by-layer fusing), FFF (Fused Filament Fabrication, Fusing Filament) márkanév alatt valósítják meg.
2. Az anyag fröccsenése. Például a Polyjet technológiában a viaszt vagy a fotopolimert többsugaras fejen keresztül juttatják el az építési ponthoz. Ezt az adalékos technológiát Multi jetting Material-nak is nevezik.
3. Kötőanyag fröccsenése. Ide tartoznak a tintasugaras Ink-Jet technológiák, amelyek segítségével nem modellanyagot, hanem kötőreagenst fecskendeznek be az építési zónába (ExOne additív gyártási technológia).
4. A lemezkeverék polimer film, fémfólia, papírlapok stb. Ezt használják például a Fabrisonic ultrahangos adalékanyag-gyártási technológiájában. A vékony fémlemezeket ultrahanggal hegesztik, majd marással távolítják el a felesleges fémet. Az additív technológiát itt a szubtraktív technológiával kombinálva alkalmazzák.
5. Fotopolimerizáció fürdőben. A technológia folyékony modellező anyagokat - fotopolimer gyantákat - használ. Ilyen például a 3D Systems SLA technológiája és az Envisiontec és a Digital Light Procession DLP technológiája.
6. Az anyag megolvasztása előre kialakított rétegben. Olyan SLS-technológiákban használják, amelyek lézer- vagy termikus fejet használnak energiaforrásként (SHS a Blueprintertől).
7. Közvetlen energiaellátás az építkezésre. Az olvadáshoz szükséges anyag és energia egyszerre érkezik meg az építési pontra. Munkatestként energia- és anyagellátó rendszerrel ellátott fejet használnak. Az energia koncentrált elektronsugár (Sciaky) vagy lézersugár (POM, Optomec) formájában érkezik. Néha a fejet a robot „karjára” szerelik.

Ez a besorolás sokkal többet beszél az additív technológiák bonyolultságáról, mint az előzőek.

Alkalmazási területek

Az additív technológiák piacának fejlődési dinamikája megelőzi a többi iparágat. Átlagos éves növekedését 27%-ra becsülik, és az IDC szerint 2019-re 26,7 milliárd dollár lesz, szemben a 2015-ös 11 milliárd dollárral.

Az AT-piac azonban még nem aknázta ki kiaknázatlan potenciálját a fogyasztási cikkek gyártásában. A termék előállítási költségéből származó vállalati források legfeljebb 10%-át a prototípus elkészítésére fordítják. És sok vállalat már elfoglalta ezt a piaci szegmenst. A fennmaradó 90% azonban a gyártásba kerül, így a gyors árutermelést szolgáló alkalmazások létrehozása lesz a jövőben az iparág fejlődésének fő iránya.

2014-ben a gyors prototípusgyártás részesedése az additív gyártás piacán, bár csökkent, de továbbra is a legnagyobb - 35%, a gyorsgyártás részaránya nőtt és elérte a 31%-ot, a szerszámkészítés részaránya továbbra is 25%, a többi kutatással és oktatással számolták el.

Az AT technológiák iparági szektoronkénti megoszlása ​​a következő:

• 21% - termelés fogyasztási cikkekés elektronika;
• 20% - autóipar;
• 15% - orvostudomány, beleértve a fogászatot is;
• 12% - repülőgépgyártás és űripar;
• 11% - termelőeszközök előállítása;
• 8% - katonai felszerelés;
• 8% - oktatás;
• 3% - építőipar.

Amatőrök és profik

Az AT technológiai piac amatőrre és professzionálisra oszlik. A hobbipiac a 3D nyomtatókat és azok karbantartását foglalja magában, amely magában foglalja a szolgáltatást, a kellékeket, a szoftvereket, és az egyéni érdeklődőknek, az ötletek oktatására és megjelenítésére, valamint a kommunikáció elősegítésére szolgál az új üzletfejlesztés korai szakaszában.

A professzionális 3D nyomtatók drágák, és alkalmasak fejlett sokszorosításra. Nagy építési területtel, termelékenységgel, pontossággal, megbízhatósággal és kibővített modellanyag-kínálattal rendelkeznek. Ezek a gépek egy nagyságrenddel összetettebbek, és speciális készségek fejlesztését igénylik magukkal az eszközökkel, modellanyagokkal és szoftverekkel. A professzionális gép kezelője főszabály szerint felsőfokú műszaki végzettséggel rendelkező adaléktechnikai szakember.

Az additív technológiák 2015-ben

A 2015-ös Wohlers-jelentés szerint 1988 és 2014 között 79 602 ipari 3D nyomtatót telepítettek világszerte. Az 5 ezer dollár feletti eszközök 38,1%-a ugyanakkor az USA-ból, 9,3%-a Japánból, 9,2%-a Kínából, 8,7%-a pedig Németországból származik. A világ többi része messze elmarad a vezetőktől. 2007 és 2014 között az asztali nyomtatók éves értékesítése 66-ról 139 584 eszközre nőtt. 2014-ben az eladások 91,6%-a asztali 3D nyomtatókból, 8,4%-a pedig ipari adalékanyag-gyártó egységekből származott, de ezekből a gépekből származó nyereség a teljes forgalom 86,6%-át, azaz abszolút értékben 1,12 milliárd USD-t tette ki. Az asztali gépek 173,2 millió dollárt és 13,4%-ot tettek ki. 2016-ban az eladások várhatóan 7,3 milliárd dollárra, 2018-ban 12,7 milliárd dollárra nőnek, 2020-ban pedig a piac eléri a 21,2 milliárd dollárt.

Wohlers szerint az FDM technológia elterjedt, világszerte közel 300 márkával, naponta új módosításokkal. Egy részüket csak helyben értékesítik, így nagyon nehéz, ha nem lehetetlen információt találni a gyártott 3D nyomtatók márkáiról. Bátran kijelenthetjük, hogy számuk a piacon napról napra növekszik. A méretben és a felhasznált technológiában sokféle változat létezik. Például a berlini BigRep cég BigRep ONE.2 néven 36 ezer eurós áron gyárt egy hatalmas FDM nyomtatót, amely akár 900 x 1055 x 1100 mm méretű, 100-1000 mikronos felbontású objektumok nyomtatására is alkalmas, két extruderrel, ill. különböző anyagok használatának képessége.

Ipar - számára

A légiközlekedési ágazat jelentős beruházásokat hajt végre az additív gyártásba. Az adalékos technológiák alkalmazása 10-szer csökkenti az alkatrészek gyártására fordított anyagok fogyasztását. A GE Aviation várhatóan 40 000 injektort nyomtat évente. Az Airbus pedig havi 30 tonna alkatrész nyomtatását tervezi 2018-ig. A cég jelentős előrelépést tapasztal az így gyártott alkatrészek jellemzőiben a hagyományoshoz képest. Kiderült, hogy a tartó, amelyet 2,3 tonnás terhelésre terveztek, valójában akár 14 tonnás terhelést is elbír, miközben a felére csökkenti a súlyát. A cég alumíniumlemez alkatrészeket és üzemanyag-csatlakozókat is nyomtat. Az Airbus repülőgépeken 60 ezer alkatrészt nyomtattak a Stratasys Fortus 3D nyomtatóira. A repülőgépiparban más cégek is alkalmaznak additív gyártástechnológiákat. Köztük: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce és SpaceX.

A digitális adalékanyagokat már számos fogyasztói termék gyártása során alkalmazzák. A Materialize adalékanyag-gyártó szolgáltatásokat nyújtó cég együttműködik a Hoet Eyeware-rel látásjavító szemüvegek és napszemüvegek gyártásában. A 3D modelleket számos felhőszolgáltatás biztosítja. Csak a 3D Warehouse és a Sketchup 2,7 millió tervet kínál. A divatipar sem marad ki. Az RS Print olyan rendszert használ, amely méri a talpnyomást az egyedi talpbetétek nyomtatásához. A tervezők bikinikkel, cipőkkel és ruhákkal kísérleteznek.

Gyors prototípuskészítés

A gyors prototípuskészítés egy termék prototípusának lehető legrövidebb időn belüli elkészítését jelenti. Az additív gyártástechnológiák fő alkalmazásai közé tartozik. A prototípus egy termék prototípusa, amely az alkatrész alakjának optimalizálásához, ergonómiájának értékeléséhez, az összeszerelés megvalósíthatóságának és az elrendezési megoldások helyességének ellenőrzéséhez szükséges. Éppen ezért az alkatrész átfutási idejének lerövidítése jelentősen csökkentheti a fejlesztési időt. A prototípus lehet aero- és hidrodinamikai tesztek elvégzésére vagy háztartási és orvosi berendezések házrészeinek működőképességének tesztelésére szolgáló modell is. Számos prototípust kísérleti tervezési modellként hoznak létre, árnyalatnyi konfigurációval, festékszínekkel stb. A gyors prototípuskészítéshez olcsó 3D nyomtatókat használnak.

Gyors gyártás

Az additív technológiáknak az iparban nagy kilátásai vannak. A bonyolult geometriájú és meghatározott anyagokból készült termékek kisüzemi gyártása elterjedt a hajógyártásban, az energetikában, a rekonstrukciós sebészetben és a fogorvoslásban, valamint a repülőgépiparban. A fémtermékek közvetlen termesztését itt a gazdaságosság indokolja, mivel ez olcsóbbnak bizonyult. Adalékos technológiák segítségével turbinák és tengelyek működő alkatrészeit, implantátumokat és endoprotéziseket, autó- és repülőgépalkatrészeket gyártanak.

A gyors gyártás fejlődését a rendelkezésre álló fémpor anyagok számának jelentős bővülése is elősegítette. Ha 2000-ben 5-6 féle por volt, most már széles választékot kínálnak, több tucat összetétellel a szerkezeti acéloktól a nemesfémekig és a hőálló ötvözetekig.

Ígéretesek az additív technológiák a gépgyártásban is, ahol tömeggyártáshoz szükséges szerszámok, eszközök - fröccsöntő gépek betétei, öntőformák, sablonok - gyártásában is alkalmazhatók.

Az Ultimaker 2 2016 legjobb 3D nyomtatója

A fogyasztói 3D nyomtatók teljesítményét tesztelő és összehasonlító CHIP magazin szerint 2016 legjobb nyomtatói az Ultimaker Ultimaker 2, a Conrad Reniforce RF1000 és a MakerBot Replicator Desktop 3D Printer.

Az Ultimaker 2+ továbbfejlesztett modelljében olvasztott lerakódásos modellezési technológiát használ. A 3D nyomtatót a legkisebb, 0,02 mm-es rétegvastagság, rövid számítási idő és alacsony nyomtatási költség jellemzi (2600 rubel 1 kg anyagonként). Főbb jellemzők:

• munkakamra mérete - 223 x 223 x 305 mm;
• súly - 12,3 kg;
• fejméret - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• fej hőmérséklete - 180-260 ° C;
• rétegfelbontás - 150-60/200-20/400-20/600-20 mikron;
• nyomtatási sebesség - 8-24 mm 3 /s;
• XYZ pontosság - 12,5-12,55 mikron;
• anyag - PLA, ABS, CPE 2,85 mm átmérőjű;
• szoftver - Cura;
• támogatott fájltípusok - STL, OBJ, AMF;
• - 221 W;
• ár - 1895 euró alapmodell és 2495 euró kiterjesztett.

A vásárlói vélemények szerint a nyomtató könnyen telepíthető és használható. Megjegyzik a nagy felbontást, az önbeálló állományt, a felhasznált anyagok széles választékát, a nyitott használatot szoftver. A nyomtató hátrányai közé tartozik a nyomtató nyitott kialakítása, ami égési sérüléseket okozhat a forró anyag miatt.

LulzBot Mini 3D nyomtató

A PC Magazine értékelésében az Ultimaker 2 és a Replicator Desktop 3D Printer is szerepelt az első három helyen, de a LulzBot Mini 3D nyomtató végzett az élen. A specifikációi a következők:

• munkakamra mérete - 152 x 152 x 158 mm;
• súly - 8,55 kg;
• fej hőmérséklete - 300 ° C;
• rétegvastagság - 0,05-0,5 mm;
• nyomtatási sebesség - 275 mm/s 0,18 mm rétegmagassággal;
• anyag - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliészter, nylon, polikarbonát, PETG, PCTE, PC-ABS stb. 3 mm átmérőjű;
• szoftver - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl stb.;
• energiafogyasztás - 300 W;
• ár - 1250 USD.

Sciaky EBAM 300

Az egyik legjobb ipari adalékanyag-gyártó gép a Sciaky EBAM 300. Egy elektronsugaras ágyú akár 9 kg/óra sebességgel rak le fémrétegeket.

• munkakamra mérete - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• vákuumkamra nyomás - 1x10 -4 Torr;
• energiafogyasztás - 42 kW-ig 60 kV feszültségen;
• technológia - extrudálás;
• anyag - titán és titánötvözetek, tantál, Inconel, wolfram, nióbium, rozsdamentes acél, alumínium, acél, réz-nikkel ötvözet (70/30 és 30/70);
• maximális térfogat - 8605,2 l;
• ár - 250 ezer amerikai dollár.

Additív technológiák Oroszországban

Oroszországban nem gyártanak ipari osztályú gépeket. Egyelőre csak a Rosatomnál, az MSTU lézerközpontjában folynak fejlesztések. Bauman, Stankin Egyetem, Szentpétervári Műszaki Egyetem, Ural Szövetségi Egyetem. Az Alpha oktatási és háztartási 3D nyomtatókat gyártó Voronezhselimmash ipari adalékanyag-telepítést fejleszt.

Ugyanez a helyzet a fogyóeszközökre is. A porok és porkészítmények fejlesztésében Oroszországban vezető szerepet tölt be a VIAM. A permi Aviadvigatel megbízásából a turbinalapátok restaurálásához használt port állít elő additív technológiákhoz. Az Összoroszországi Könnyűötvözetek Intézete (VILS) is halad előre. A fejlesztéseket végig különböző mérnöki központok végzik Orosz Föderáció. A Rostec, az Orosz Tudományos Akadémia Uráli Fiókja és az UrFU saját fejlesztéseket végez. De mindegyik még egy kis, évi 20 tonna porigényt sem képes kielégíteni.

Ezzel kapcsolatban a kormány utasította az Oktatási és Tudományos Minisztériumot, a Gazdaságfejlesztési Minisztériumot, az Ipari és Kereskedelmi Minisztériumot, a Távközlési és Tömegkommunikációs Minisztériumot, az Orosz Tudományos Akadémiát, a FANO-t, a Roszkozmoszt, a Roszatomot, a Rosstandartot, ill. fejlesztő intézmények összehangolt fejlesztési és kutatási program létrehozására. Ennek eléréséhez további költségvetési előirányzatok elkülönítését javasolják, valamint mérlegelni kell a Nemzeti Jóléti Alapból és egyéb forrásokból történő társfinanszírozás lehetőségét. Javasoljuk az újak támogatását, beleértve az adalékanyagokat, az RVC-t, a Rusnano-t, a Skolkovo Alapítványt, az EXIAR exportügynökséget és a Vnesheconombankot. Szintén az Ipari és Kereskedelmi Minisztérium által képviselt kormány készíti el az állami programnak az ipari versenyképesség fejlesztésére és javítására vonatkozó részét.

A technológiai folyamat nem áll meg, a digitális technológiákat nap mint nap fejlesztik, ami lehetővé teszi az innovációk felhasználását különböző területek emberi élet. Az additív technológiák az egyik legfejlettebb és legkeresettebbek az egész világon.

Additív technológiák – mi ez?

Az additív technológiák (Additive Manufacturing – additivity szóból – hozzáadva) egy objektum rétegről rétegre történő felépítése és szintézise 3D számítógépes technológiák segítségével. A találmány Charles Hull tulajdona, aki 1986-ban megtervezte az első sztereolitográfiai háromdimenziós nyomtatót. Mit jelent és hogyan történik a modell rétegről rétegre történő létrehozásának additív folyamata? A modern iparban ez több különböző folyamat, amelynek eredményeként egy 3D objektumot modelleznek:

• UV besugárzás;
• extrudálás;
• sugárpermetezés;
• fúzió;
• laminálás.

Az additív technológiákban használt anyagok:

• viasz;
• gipszpor;
• folyékony fotopolimerek;
• fémporok;
• különböző típusú poliamidok;
• polisztirol

Additív technológiák alkalmazása

A technológiai fejlődés számos hasznos dolog előállításához járul hozzá a mindennapi élethez, az emberi egészséghez és biztonsághoz, például a repülőgépgyártásban az additív technológiák segítségével gazdaságosabb és könnyebb repülőgépeket lehet létrehozni, miközben aerodinamikai tulajdonságai teljes mértékben megmaradnak. Ezt a madárszárny-csontok elveinek alkalmazása tette lehetővé a repülőgépszárnyak tervezésénél. Az additív technológiák egyéb alkalmazási területei:

• Építkezés;
• mezőgazdasági ipar;
• gépészet;
• hajógyártás;
• űrhajózás;
• orvostudomány és farmakológia.

Additív 3D technológiák

A dinamikusan, gyors ütemben fejlődő additív 3D nyomtatási technológiákat a fejlett iparágakban alkalmazzák. Számos innovatív típusú additív technológia létezik:

1. FDM(Fused deposition modellezés) - a terméket rétegenként alakítják ki megolvadt műanyag fonalból.
2. C.J.P.(ColorJet nyomtatás) az egyetlen 3D-s színes nyomtatás a világon, amely gipszből álló ragasztópor elvén működik.
3. SLS(Selective Laser Sintering) egy lézeres sütési technológia, amely bármilyen méretű, különösen tartós tárgyakat készít.
4. M.J.M.(MultiJet Modeling) többsugaras 3D modellezés fotopolimerek és viasz felhasználásával.
5. SLA(Lézer sztereolitográfia) - lézer segítségével a folyékony polimer rétegről rétegre keményedik.

Additív technológiák a gépészetben

Jim Corr amerikai mérnök 15 éve alkalmaz additív gyártást a gépészetben. A Kor Ecologic Urbee projektje egy 112 km/h sebességű 3D-s autó első prototípusának megalkotása, amelynek karosszériáját és egyes részeit 3D nyomtatón nyomtatják ki. Egy másik cég, a Local Motors 2015 novemberében mutatta be az „okos és biztonságos” LMSD Swim autót, amelynek alkatrészeinek 75%-a 3D nyomtatással készül ABS műanyagból és szénszálból.

Additív technológiák az építőiparban

Az épületek és különféle szerkezetek additív gyártása jelentősen csökkenti az építési időt. Az építőipari 3D-nyomtatás világszerte felkapott. A lézeres 3D nyomtatókon végzett kísérletek a hétköznapi emberek számára fantasztikusnak tűnnek. Additív 3D technológiák – pozitív szempontok az építőiparban:

• időt és pénzügyi költségeket takarít meg (az építkezés gyorsasága néhány napon belül; a logisztikai, fogyóeszközök, bérbeadási költségek csökkenése nagy mennyiség személyzet);
• bármilyen tervezési megoldás és összetett geometriai formák megvalósítása (középkori kastélyok, aszteroidák és galaxisok alakú házak);
• földrengésálló otthonok építésének képessége a földrengéseknek és hurrikánoknak kitett területeken.

A leghíresebb 3D épületek:

Additív technológiák az orvostudományban

2016-ban az additív 3D technológiáknak köszönhetően áttörés történt az orvostudományban. Az orvosi szolgáltatások minősége jelentősen javult. Az additív folyamat az egészségügy több területét érintette, és ez csökkentette a minőségi és sürgős orvosi ellátásra szoruló betegek halálozási arányát. Az additív 3D nyomtatás alkalmazásának előnyei az orvostudományban:

1. A tomográfiás képek segítségével lehetővé vált egy patológiás szerv nagy pontosságú nyomtatása, hogy tanulmányozhassuk a közelgő műtét finomságait és árnyalatait.
2. A transzplantológia hosszú utat tett meg. Az additív technológiák több problémát oldanak meg egyszerre - erkölcsi és etikai, valamint a várakozási idő lerövidítése, ismert tény hogy az emberek több évet várnak a donorszervekre, de néha nem évek, hanem napok, sőt órák is számítanak. A mesterségesen termesztett emberi szervek átültetése hamarosan valósággá válik.
3. Steril műszerek nyomtatása. A súlyos és gyógyíthatatlan vírusfertőzések korszakában az eldobható steril eszközök kiküszöbölik a fertőzéseket az orvosi eljárások során.

Ma a következő adaléktechnológiai termékeket használják sikeresen az orvostudományban:

• mesterségesen növesztett emberi bőr (a nagy kiterjedésű égési sérüléseket szenvedő emberek transzplantációjához szükséges);
• biokompatibilis csont- és porcszövet;
• szervek nyomtatása onkológiai folyamattal és a gyógyszerek daganatokra gyakorolt ​​hatásának tanulmányozása;
• fogászati ​​implantátumok, fogsorok, koronák;
• egyéni hallókészülékek;
• ortopéd protézisek.

Additív technológiák a farmakológiában

A modern gyógyszerek bősége mellett fontos, hogy az orvos tudja, mi az additív hatás a gyógyszerekben, ezen múlik a kezelés sikere. A kezelés során szedett gyógyszerek együttes hatásának szinergikusnak kell lennie (egymást kiegészítő és erősítő), de ez nem mindig van így. Minden az egyéni intoleranciától és a test állapotától függ. Az additív technológiák itt is segítenek. Már tesztelik a Spritam 3D nyomtatott epilepsziás tablettákat, amelyek információkat tartalmaznak a betegről: nem, testsúly, életkor, máj állapota, egyéni adagolás.

Additív technológiák az oktatásban

Az additív technológiákat már aktívan alkalmazzák az iskolákban; ha a közelmúltban az iskolások speciális számítógépes programokban tanulták a 3D modellezést, most lehetővé vált a szimulált kép kötetben történő nyomtatása. A tanulók tisztán látják találmányaikat, elkövetett hibáikat és a mechanizmus működését. Az Oktatási Minisztérium 2018-ra tervezi az additív technológiák oktatását oktatási intézmények 3000 tanár.

08.06.2016

Az additív technológiák alkalmazásának kilátásai az útépítő gépek gyártásában

A gépészet fő fejlesztési irányai jelenleg: új polimer, kompozit, intelligens anyagok alkalmazása a gépalkatrészek gyártásában; új technológiai módszerek, berendezések és eljárások fejlesztése a gépészeti termékek gyártásához.

A gépalkotás első lépése a gépészeti termékek térbeli tervezése számítógépes virtuális digitális háromdimenziós modellek segítségével, amely a modern szoftverek (CAD programok), modellezés és számítások (CAE) bevezetésének köszönhetően vált lehetővé.

A „háromdimenziós nyomtatás” technológiák (3D nyomtatás) bevezetése lehetővé teszi, hogy egy kidolgozott 3D-s modell alapján a lehető legrövidebb idő alatt és minimális anyagveszteséggel készítsenek el egy gépalkatrészt vagy egy termék egészét. Azokat a termékgyártási módszereket, amelyek az anyagok kombinálásának folyamatán alapulnak, hogy 3D-s modelladatokból egy objektumot hozzanak létre, összefoglaló néven „additív technológiáknak” nevezzük.

Ebben az összefüggésben a munkadarab megmunkálásán alapuló hagyományos gépészeti technológiák, amelyek során az anyag egy részét eltávolítják (esztergálás, marás), „kivonásnak” számítanak.

A modern adaléktechnológiák alapja az a módszer, hogy polimer kompozit anyagból termikus vagy más hatás segítségével fokozatosan növelve alkatrészt alakítanak ki, melynek eredményeként adott méretekkel a kívánt alakú alkatrészt kapjuk. Jelenleg már több mint 30 különböző típusú additív gyártási eljárás létezik.

Az additív technológiák fő előnyei a hagyományosakhoz képest:

Csökkentett gyártási munkaerő-intenzitás;
az alkatrészek tervezési és gyártási idejének csökkentése;
az alkatrészek tervezési és gyártási költségeinek csökkentése;
mérnöki anyagok megtakarítása. Az adalékanyag előfordulási ideje
technológia a múlt század 80-as éveinek végére nyúlik vissza. Ezen a területen az úttörő a 3D Systems (USA).

Az alkatrészgyártás additív gyártási módszereinek első osztályozását az ASTM F2792.1549323-1 szabvány (USA) adta meg, amely az elmúlt húsz évben a technológiai berendezések gyors fejlődése miatt nagyrészt elavulttá vált.

2015. szeptember 1-jén a Ros-Standard megbízásából létrehoztak egy „Additive Technologies” technikai bizottságot a hozzájuk kapcsolódó kifejezések, definíciók és szabványok kidolgozására.

Az additív technológiák osztályozásának kidolgozása a felhasznált módszerek, anyagok és berendezések sokféleségét figyelembe véve nem egyszerű feladat.

Először is két irányt kell kiemelnünk az alkatrészképzés elvén alapuló additív technológiák fejlesztésében

Az adalékanyag-technológiák fejlesztésének irányai az alkatrészképzés elvén

Az első irány egy alkatrész kialakítása a technológiai berendezés platformjának munkafelületén elosztott anyag kombinálásával (Bed deposition). A gyártási folyamat befejezése után bizonyos mennyiségű anyag marad vissza, amely felhasználható a következő alkatrész elkészítéséhez.

A platformon elosztott anyagok kombinálásának folyamatai különböző típusú technológiai berendezések alapját képezik az alkatrészek adalékos technológiákkal történő előállításához:

SLA – Steriolitográfiai készülékek;
SLM – Selective Laser Melting;
DMLS – Közvetlen fémlézeres szinterezés;
EBM – Electron Beam Melting;
SHS – Szelektív hőszinterelés;
MIM – fém fröccsöntés;
Ink-Jet vagy Binder jetting;
UAM – Ultrahangos adalékanyag gyártás;
LOM – laminált objektum gyártás.

Az alkatrészek alakításának második iránya– az anyag közvetlen lerakásával. Ebben az esetben a terméket rétegről rétegre közvetlenül a kívánt hőmérsékletre felmelegített anyagból alakítják ki, amelyet egy speciális elosztóeszközről szállítanak a munkafelületre.

A következő típusú technológiai berendezések adalékos technológiával történő alkatrészek gyártásához a közvetlen anyaglerakás elvén épülnek fel:

CLAD – Építőipari lézeradalék Di-recte;
EBDM – Electron beam Direct Manufacturing;
MJS – Többfázisú sugárszilárdítás;
BPM – ballisztikus részecskék gyártása;
MJM – Többszörösen sugárzó anyag.

Az additív technológiák osztályozása a formáció során felhasznált anyag aggregáltsági állapota szerint
részletek

Az adaléktechnológiák osztályozása az alkatrész kialakításához felhasznált anyag aggregáltsági állapota szerint

Az additív technológiák osztályozása a felhasznált anyag típusa szerint

Az additív technológiák osztályozása a felhasznált anyag típusa szerint

Az alkatrészek gyártásához használt anyag típusától és kezdeti formájától függően az adaléktechnológiák típusait különböztetjük meg

Az additív technológiák osztályozása az alkatrészek gyártásához használt anyag típusa és alakja szerint

Nyersanyag– por és kötőanyag szemcsés keverékének nemzetközi neve.

Nyilvánvaló, hogy az alkatrészek előállításához használt alapanyagok adalékos technológiákkal történő előállításához, különböző fajták speciális technológiai berendezések, amelyek felsorolása és leírása nem tartozik e cikk hatálya alá.

Az additív technológiák felhasználásával létrejövő termék létrehozásának folyamata cselekvések sorozataként ábrázolható

A gépészeti termékek előállításához szükséges additív technológiai folyamat felépítése

ábrán láthatónak megfelelően. 5 algoritmussal a termék létrehozásának első szakaszában a 3D modellt CAD programmal fejlesztik a műszaki előírásoknak és a szabványos követelményeknek megfelelően.

Ezt követően a szilárd modellező program fájl adatait az additív gyártásvezérlő gépi program számára érthető formátumba kell exportálni (például „STL”).
A következő szakasz előtt azonosítják a modell lehetséges hibáit. A 3D nyomtatásra szánt modellnek tömítettnek, monolitnak kell lennie és nem tartalmazhat üreges falakat, amit speciális programokkal biztosítanak.

Ezután az STL fájlból származó információk parancsokká alakulnak, melyeket követően a 3D nyomtató elkészíti a terméket, ez az úgynevezett G-kód. Az eljárás során ki kell választania az alkatrész kívánt léptékét, a helyes pozíciót a térben, és pontosan el kell helyeznie a modellt a munkafelületen. Ettől függ a teljes folyamat eredménye, az alkatrész szilárdsága, felületi érdessége és anyagfelhasználása.

A beállítások elvégzése után a modellt anyagrétegekre osztják, és az adalékgép egy munkaciklusa során az alkatrész testébe „fektetik”. Ezt a folyamatot szeletelésnek nevezik. A szeletelés a géphez mellékelt szoftverrel, vagy speciális eszközökkel (Skein-forge, Slic3r, KISSlicer, MakerWare stb.) történik.

Az előző lépésben kapott G-kód flash memórián vagy USB-kábelen keresztül kerül a 3D nyomtatóra.
Az adalékgép előkészítése és beállítása során a kalibrálás, a munkadarabok előmelegítése, a modellanyag kiválasztása és a berendezés működési mód paramétereinek ettől függően történő beállítása történik.

Professzionális szintű készülékeken ez a szakasz kombinálható a vágási folyamat eljárásaival.

Az összes előkészítő művelet elvégzése után megkezdődik a nyomtatási folyamat, vagyis az anyagok rétegenkénti kombinációja. Ennek időtartama a technológia típusától és az alkatrész pontosságának és minőségének kiválasztott paramétereitől függ.

Ha szükséges, a létrehozott részt további technológiai hatásoknak kell kitenni: tartótámaszok eltávolítása, vegyi vagy hőkezelés, munkafelületek kikészítése.
A gyártás utolsó szakaszában az alkatrész minőségellenőrzésére kerül sor, beleértve a geometriai méretekre, a fizikai és mechanikai tulajdonságok mutatóira és egyéb olyan paraméterekre vonatkozó szabályozási követelményeknek való megfelelést, amelyek befolyásolják a termék fogyasztói tulajdonságait.

Építőipari és szállítás-technológiai gépeknél az additív technológiák alkalmazásának kilátásai elsősorban a következő típusú alkatrészek gyártásánál nyilvánvalóak:

Műanyag házrészek elektromos készülékekhez;
hidraulikus berendezések alkatrészei (vezetődugattyúk és hidraulikus hengerdugattyúk tömítései, levehető csatlakozások, elosztók, szivattyúk és hidraulikus motorok elemei);
csövek gyártása motorhűtő- és áramellátó rendszerekhez;
a kezelőfülke befejező részletei: fogantyúk, panelek, kapcsolók, joystickok stb.;
ház, biztonsági, zsanér és a tartozékok egyéb részei;
perselyek mozgatható kötések zsanérjaihoz, munkaeszközök csúszócsapágyaként működnek.

Különösen érdekes az additív technológiák alkalmazásának lehetősége a gyors prototípuskészítéshez az építőipari gépek munkaeszközeinek fejlesztése során.

A munkatest prototípusának (modelljének) kidolgozása a gép létrehozásának legfontosabb lépése. A késztermék prototípusa nemcsak a megjelenéséről és az összsúly jellemzőiről ad képet, hanem lehetővé teszi annak felmérését is, hogy az elért teljesítménytulajdonságok megfelelnek-e a műszaki előírások követelményeinek.

Tekintsük az additív technológiát használó prototípus-készítési eljárást egy kotrókanál példáján.
A vödrök új módosításainak tervezésekor a gyors prototípuskészítés a következőket kínálja:

Megjelenítés kinézet merítőkanál;
a kinematikai paraméterek alapgéppel való kompatibilitásának megerősítése;
a vödör talajjal való megtöltésének és az azt követő kirakodásának értékelési képessége, amely fontos szerepet játszik a magas ragadós vagy fagyasztó tulajdonságú talajok kialakulásában;
a forgácsképződés folyamatának tanulmányozása a talaj vödörrel történő vágásakor;
a működés során a legnagyobb kopásnak kitett területek azonosítása;
az összeszerelés, hegesztés, megmunkálás és festés technológiai folyamatainak fejlesztése;
munkavállalói képzés. Bőséges lehetőséget biztosít
a prototípuskészítéshez használt modellanyagok sokféle típusa és tulajdonságai. Például egy átlátszó polimerből készült modell lehetővé teszi nemcsak a kotrógép munkatestének felületeinek a talajjal való kölcsönhatását a feltöltés során, hanem a kitermelt talajban lezajló folyamatokat is. Ez lehetővé teszi a vödör optimális alakjának kiválasztását, a legkisebb ellenállást biztosítva a talaj ásásakor.

Egy kotrókanál prototípus digitális modellje

A modell végeselemes módszerrel végzett elemzése lehetővé teszi a szerkezetben az ásási folyamat során fellépő feszültségek eloszlásának értékelését

A belső feszültségek megoszlása ​​a kotrókanál szerkezetében a talajfejlesztés során

A prototípus vödör létrehozása és tesztelése biztosítja:

Megtakarítás a teljes körű tesztelés során;
a termék tervezésében és összeszerelésében előforduló hibák megelőzése;
a vödör súlyának csökkentése;
a talajfejlesztés hatékonyságának növelése vödörrel, ami viszont biztosítja az üzemanyag-fogyasztás csökkentését;
a munkaeszközök megbízhatóságának és tartósságának növelése;
a kanál élettartamának és a fogak kopási sebességének felmérése a különböző kategóriájú talajok kialakítása során. A kotrókanál létrehozásának folyamata
az elrendezés használata a következő lépésekből áll:
a vödör digitális 3D modelljének kidolgozása, számítások elvégzése speciális szoftvertermékekkel.
prototípus gyártása additív technológiával: a modell előkészítése a prototípus elkészítéséhez, a modell méretarányának indoklása és hőre lágyuló anyagból üst kialakítása.
prototípus vödör tesztjeinek és kísérleti vizsgálatainak elvégzése.
a kutatási eredmények feldolgozása, elemzése, a vödörtervben szükséges változtatások elvégzése, a tervdokumentáció véglegesítése, jóváhagyása és a gyártás megkezdése.

A prototípus-kutatás eredményeinek figyelembevételével gyártott kotrókanál

A szállítási és technológiai gépek javítása során lehetőség van adalékos technológiák alkalmazására a kopott és sérült fém alkatrészek helyreállítására LENS, CLAD, DMD módszerekkel, ami lehetővé teszi a kézi munka igénybevételének minimalizálását, a javítások termelékenységének és minőségének növelését.

A polimer anyagokból történő alkatrészek javítása azonban a következő módokon lehet hasznos:

Fém helyett - olyan intézkedés, amely csökkenti a berendezések hirtelen leállása miatti leállását
meghibásodás (ideiglenes csere). Ez különösen fontos azoknál a cégeknél, amelyek nem végeznek karbantartási tevékenységet. Olyan kisvállalkozásnak, amely több gépegységet üzemeltet különböző célokra, és amelynek költségvetése nem teszi lehetővé a személyzet számára, hogy pótalkatrészeket vásároljanak, vagy cserealkatrész-készlettel rendelkezzenek;
műanyag helyett egyedi javítási méretű alkatrészek nyomtatását teszi lehetővé;
az eredeti alkatrész tulajdonságait meghaladó tulajdonságú kompozit anyagok használata;
kis mennyiségű alkatrész gyártása elektrotechnikában és hidraulikus hajtásokban;
nyomtató mobilitás: autóban elhelyezhető;
viszonylag alacsony energiafogyasztás.

Fontos tényező, hogy az alkatrészek additív gyártása és restaurálása során a fejlesztő a számítógépes hálózatok elterjedtsége miatt bármilyen távolságra elhelyezkedhet az objektumtól (géptől).

Az összeszerelő egységek sérült alkatrészeinek 3D szkennerrel történő szkennelése (újratervezés), majd ezt követően a számítógépes feldolgozás és a nyomtatás, lehetőséget nyit univerzális többfunkciós gyártó- és javítási komplexumok létrehozására.
A szkennelés jelentősen növeli az alkatrészgyártás sebességét és pontosságát, valamint csökkenti a mérőeszközök költségeit is. Jelenleg 3D szkennert már használnak a vezető vállalatok gyártott alkatrészek minőségellenőrzésére.

Napjainkban az additív technológiák gyártásba való bevezetését akadályozó fő problémák a felhasznált anyagok korlátozott választéka és magas költsége, a készülő termékek korlátozott méretei és a berendezések alacsony termelékenysége. De figyelembe véve az additív technológiák fejlődésének jelenlegi dinamikáját, ezeknek a problémáknak a leküzdése a közeljövőben teljesen lehetséges.
A cikkben bemutatott eredményeket a B1124214 számú projekt kidolgozása során, a 2016. évi tudományos tevékenységgel kapcsolatos állami megbízás projektrésze keretében végeztük.

Felhasznált irodalom jegyzéke
1. Slyusar, V.I. Gyár minden otthonba. A világ körül. — 1. szám (2808).
2. Dovbysh V.M., Zabednov P.V., Zlenko M.A. Az Orosz Föderáció Állami Tudományos Központja, a „NAMI” Szövetségi Állami Egységes Vállalat cikke „Adaléktechnológiák és fémtermékek”.
3. Zorin V.A. Barova N.I., Shakurova A.M. Tokozott anyagok alkalmazása menetes csatlakozások összeszerelésében és javításában // Építés gépesítése. 2014. 8(842) sz.
4. Zorin V.A. Barova N.I., Shakurova A.M. A kapszulázott anaerob ragasztó szerkezetének vizsgálata // Ragasztók. Tömítőanyagok. Technológiák. 2014. 5. sz.
5. Baurova N.I., Zorin V.A., Prikhodko V.M. Egy anyag üzemképes állapotból működésképtelen állapotba való átmenetének forgatókönyveinek leírása a „fold” katasztrófaelmélet egyenletével // Ragasztók. Tömítőanyagok. Technológiák. 2014. 8. sz.
6. Baurova N.I., Zorin V.A., Prikhodko V.M. Az anyagok tulajdonságainak romlási folyamatainak leírása a katasztrófaelméleti apparátus segítségével // Minden anyag. Enciklopédiai kézikönyv. 2014. 11. sz.
Baurova N.I., Sergeev A.Yu. A ragasztós kötések tönkremenetelének mechanizmusának szerkezeti vizsgálata kihúzási módszerrel végzett vizsgálatok után // Ragasztók. Tömítőanyagok. Technológiák. 2014. 4. sz.

Az additív technológiákat joggal sorolják a 21. század technológiái közé. Óriási lehetőségük van az energiaköltségek csökkentésére a termékek széles választékának létrehozása érdekében. Az ipari termelésben való felhasználásuk mértéke az állam ipari erejének és innovatív fejlődésének valódi mutatója. Jelenleg az orosz vállalatok importált fémport használnak. Oroszországban nem gyártanak poranyagokat az additív technológiákhoz.

"Infomine" kutatócsoport
1993-ban alakult. Az oroszországi és a FÁK-országok ipari termékpiacainak tanulmányozására specializálódott. A fő kutatási területek: ásványi nyersanyagok, fémek és vegyi termékek. Az elmúlt évek során a cég szakemberei több mint 1000 véleményt készítettek. Az Infomine ügyfelei több mint 500 gyártó, kereskedelmi, tanácsadó cég, bank és tudományos szervezet 37 országból. Közülük: Gazprom, Lukoil, TNK-BP, AFK Sistema, MMC Norilsk Nickel, Evraz Group S.A., United Company Rusal stb. A cég professzionalizmusát számos tudományos és népszerű tudományos folyóiratban megjelent publikáció, valamint az intézetben elhangzott beszédek igazolják. különböző szintű konferenciák.

A fémporok egyedülálló kémiai és kohászati ​​tulajdonságokkal rendelkeznek, ami lehetővé teszi, hogy különféle területeken felhasználhatók legyenek. Az additív technológiák megjelenésével a porkohászat új fejlődési távlatokat kapott. A porkohászat a termékek előállításának leggazdaságosabb módja, a hagyományos technológiákhoz (öntés, megmunkálás, hideg- és melegalakítás) képest alacsony pazarlás és minimális műveletszám jellemzi a végső mérethez közeli méretű termékek előállításához. A porkohászat másik sajátossága, hogy olyan anyagokat és termékeket tudnak előállítani, amelyeket hagyományos kohászati ​​módszerekkel nem lehet előállítani. Az additív technológiák segítségével leegyszerűsödnek a gyártási folyamatok a légiközlekedési iparban, az energetikában, a műszergyártásban - ahol szükség van bonyolult geometriájú termékekre és fémalkatrészek „növesztésére”. Jelenleg az additív technológiák megvalósítása terén Oroszország lemarad a világ vezető országai mögött. Az orosz fogyasztók továbbra is függenek mind az importált kiváló minőségű fémporok kínálatától, mind pedig maguktól a 3D nyomtatók importjától.

Az additív technológiák helyzete a világban
A háromdimenziós nyomtatási (3D) technológia az 1980-as évek végén kezdett fejlődni. Ezen a területen úttörő a 3D Systems, amely 1986-ban fejlesztette ki az első sztereolitográfiai berendezést. Az első lézergépek - sztereolitográfia (SLA), majd por (SLS) gépek - igen drágák voltak, az anyagválaszték meglehetősen szűk volt, és az 1990-es évek közepéig elsősorban a védelmi iparhoz kapcsolódó kutatás-fejlesztési tevékenységben használták őket. . Ezt követően, a digitális technológiák tervezés, modellezés és megmunkálás területén történő széles körű elterjedése után, a 3D technológiák rohamos fejlődésnek indultak. A 3D technológiákra jelenleg ajánlott kifejezés az Additív Manufacturing (AM). A Wohlers Associates szerint a globális AM technológiai piac értéke 2014-ben körülbelül 3 milliárd dollár volt, átlagosan 20-30%-os növekedési ütem mellett. Az előrejelzések szerint 2020-ra a piac mérete elérheti a 16 milliárd dollárt. Az additív technológiák piaca rohamosan változik, gépgyártó cégek összeolvadása és felvásárlása zajlik, új szolgáltató központok jelennek meg az AM technológiák területén, ezek a központok egyesülnek egy európai és ma már globális hálózattá. A világ összes additív gyártó gépének 63%-át az USA-ban gyártják. Az AM-technológiák legszembetűnőbb bevezetése olyan iparágakban tapasztalható, mint a repülési ipar, a hajógyártás, az energetika, valamint a fogászat és a rekonstrukciós sebészet. Az AM-termékek fő vásárlói és fogyasztói az Egyesült Államok és Európa repülő- és autóipara. Ezek a technológiák vonzzák a nagy ipari vállalatokat: Boeing, Mercedes, General Electric, Lockheed Martin, Mitsubishi, General Motors. Például a Boeing az elmúlt években jelentősen bővítette az AM technológiával gyártott alkatrészek körét. Jelenleg 300 darabból több mint 22 ezer alkatrészt gyártanak így 10 típusú katonai és kereskedelmi repülőgéphez, köztük a Dreamlinerhez is. A teljes fémlemezek gyártásának megtagadása a szinterelőporok javára számos Boeing modell keretének kialakításakor lehetővé tette a vállalat számára, hogy alapvetően új szint Termelés. A General Electric szakértői szerint 10 év múlva az energiaturbinák és repülőgép-hajtóművek alkatrészeinek hozzávetőlegesen felét AM-technológiákkal gyártják majd. Az additív technológiákat aktívan használják a fogyasztói elektronikában és az orvostudományban, beleértve a fogászatot is. Az Arcam azt állítja, hogy eszközeit több mint 30 000 titán implantátum létrehozására használták rekonstrukció céljából. csípőízületek. A fő különbség az AM-technológiák között az, hogy anyag felépítésével alkatrészt alakítanak ki, nem pedig megmunkálásnál azt eltávolítják. Az adalékos technológiák alkalmazása lehetővé teszi olyan jellemzőkkel rendelkező alkatrészek gyártását, amelyek más feldolgozási módszerekkel nem elérhetők (például ívelt lyukakkal vagy belső üregekkel). Az alkatrész rétegenkénti megépítése teljesen új lehetőségeket nyújt, például az „alkatrész az alkatrészen belül”, a változó vastagságú anyagtulajdonságokkal rendelkező részek (ún. gradiens anyagok) gyártása, illetve az alkatrészgyártás. hálószerkezetek, amelyeket sem öntéssel, sem megmunkálással nem lehet előállítani. Jelentős távlatok nyílnak meg a 3D-s technológiák előtt a repülőgépiparban. Ez annak köszönhető, hogy segítségükkel lehetővé vált az alkatrész előállításához szükséges anyag tömegének a végső alkatrész tömegéhez viszonyított arányának radikális csökkentése. A legtöbb hagyományosan gyártott alkatrésznél ez az arány elérheti a 20:1-et, adalékos technológiák alkalmazásakor ez az arány legrosszabb esetben 2:1.

Rizs. 1. Szelektív lézeres olvasztógép SLM 280 az SLM Solutions cégtől (Németország)

Szinte minden lézert használó vállalat máshogy nevezi technológiáját. Ez azért történik, hogy megkülönböztesse magát a versenytársaktól, de technikai lényegét tekintve mindegyik szelektív lézeres olvasztási technológia – SLM technológia. Ez a név azonban titokban az SLM Solutions céghez van rendelve. Az SLM Solutions (Németország) a világ egyik vezető vállalata a lézerszintézis technológiák területén. Az SLM Solutions aktívan együttműködik a FILT-tel. Ennek az együttműködésnek az eredményeként jelent meg az eddigi „legfejlettebb” gép, az SLM 280 (1. ábra). Ezt az eszközt két lézer jelenléte különbözteti meg: az alkatrész külső kontúrját és a vékony falakat az első 400 W-os lézer dolgozza fel, az alkatrész törzsét a második, erősebb lézer (1000 W). Két különböző teljesítményű lézer kombinációja lehetővé teszi akár 0,3 mm vastagságú darabok előállítását is. Ezzel is jelentős előnyökkel jár a készülék: megnő az alkatrész megépítésének sebessége (akár 5-szörösére), javul az anyag belső szerkezete és a külső felület tisztasága.

Az additív technológiák típusai
A kétféle adaléktechnológia alapvetően különbözik a rétegképzési módszerek tekintetében. Bed Deposition technológia magában foglalja egy porréteg kialakítását az első szakaszban, majd a kialakított réteg szelektív feldolgozását lézerrel vagy más módszerrel. Ez a technológia elég pontosan megfelel a „szelektív szintézis” vagy „szelektív lézerszinterelés” (SLS - Selective Laser Sintering) kifejezésnek, ha a „keményítő” eszköz egy lézer, ami ebben az esetben a lézeres sztereolitográfiával (SLA technológia) ellentétben a forráshő, nem az ultraibolya sugárzás. A közvetlen lerakódás második típusa az anyag közvetlen vagy azonnali lerakása, azaz közvetlenül arra a pontra, ahol az energiát szolgáltatják, és ahol éppen egy alkatrész-töredék felépítése zajlik. A piacon a legszélesebb körben képviselt modellek a Bed Deposition csoport. Az ilyen eszközöket gyártó cégek többsége lézert használ a gépeiben energiaforrásként fémporos kompozíciók részecskéinek összekapcsolására. Ezek közé tartozik: Arcam (Svédország), Concept Laser (Németország), EOS (Németország), Phenix Systems (Franciaország), Realizes (Németország), Renishaw (Egyesült Királyság), SLM Solutions (Németország), Systems (USA). 2012-ben ebbe a csoportba tartoztak a kínai Beijing Long Yuan Automated Fabrication Systems és a Trump Precision Machinery cégek. A gépek második csoportjába (Direct Deposition) tartoznak a POM Group, Optomec, Sciaky (USA), Irepa Laser (Franciaország), InssTek (Dél-Korea) készülékei. Oroszországban nem gyártanak tömegesen olyan AM-gépeket, amelyek fémport használnak anyagként. Ugyanakkor számos szervezet foglalkozik az ilyen típusú eszközök prototípusainak fejlesztésével és létrehozásával. Például a JSC Elektromekhanika (Tveri régió) a Szövetségi Állami Költségvetési Szakmai Felsőoktatási Intézettel, az MSTU STANKIN-nal közös munka keretében automatizált 3D-s telepítést készített összetett alkatrészek precíziós titán nyersdarabjainak vákuumban történő, rétegenkénti növelésére. -rétegszintézis finom fémporból származó elektronsugár segítségével. A JSC TVEL az Orosz Tudományos Akadémia Uráli Fiókjának tudományos szervezeteivel együtt fejleszti és megszervezi az URAM-550 berendezések gyártását fémporok szelektív lézeres olvasztására, 500×500×500 mm munkakamra mérettel. A Rosatom az Oktatási és Tudományos Minisztériummal együttműködve egy fémtermékek gyártására szolgáló 3D nyomtató prototípusának létrehozását tervezi a TsNIITMASH NPO alapján. A JSC National Institute of Aviation Technologies szakemberei többféle kísérleti rétegről rétegre szintézis lézerberendezést fejlesztettek ki. A lézeres rétegszintézishez szükséges eszközök fejlesztését is a Lézer Intézet, ill információs technológiák(IPLIT).

Rizs. 2. AM gép X line 1000R a Concept Lasertől

Egészen a közelmúltig a cég legnagyobb AM-gépének az X line 1000R-t (2. ábra) tekintették, 630x400x500 mm-es építési területtel. A Fraunhofer Lézertechnológiai Intézettel (FILT) közösen fejlesztették ki a Daimler AG részvételével, és 2013-ban lépett piacra. Az első ilyen gépet a Daimler AG-nál telepítik autóalkatrészek alumíniumból történő termesztésére. Ez a modell nemrégiben kiegészült az X line 2000R módosítással, két darab 1000 W-os lézerrel. Az építési terület 800×400×500 mm-re nő. A vállalat a termékgyártás sebességének növelésével elégítette ki a repülőgépipar és az autóipar vásárlóinak igényeit.

Rizs. 3. POM DMD IC106

A POM (Precision Optical Manufacturing) cég a DMD technológia fejlesztője és szabadalom birtokosa a lézerrendszerek eredeti műszaki megoldásainak és a visszacsatoló vezérlőrendszereknek az alkatrészgyártás főbb paramétereinek egyidejű, valós idejű szabályozásával: anyagellátó mennyiség, fejmozgási sebesség. és lézerteljesítmény , amelyek biztosítják a munkafolyamat stabilitását és minőségét (3. ábra). Ez a technológia lehetővé teszi kétféle, eltérő fizikai és kémiai tulajdonságú anyag párhuzamos vagy egymás utáni adagolását, és ezáltal bimetál komponensek, például műanyag fröccsöntő formák (formatest réz, munkarész szerszámacél) létrehozását, ill. vigyen fel speciális bevonatokat például hengerbetétekre, dugattyúgyűrűkre, bütykös tengelyekre, szelepülésekre.

Fémporok előállítására szolgáló technológiák
Jelenleg nincsenek általános követelmények az AM technológiákban használt fémpor-összetételekre. Különféle AM-gépgyártó cégeknek meghatározott anyagok listájával kell dolgozni, amelyeket általában maga a vállalat szállít. Az AM gépek porainak általános követelménye a részecskék gömb alakú formája. Ez annak köszönhető, hogy egy bizonyos térfogatban kompakt elhelyezésre van szükség, és minimális ellenállás mellett biztosítani kell a porösszetétel „folyékonyságát” az anyagellátó rendszerekben. Több tucat különböző típusú összetétel található a piacon: a közönséges szerkezeti acéloktól a hőálló ötvözetekig és nemesfémekig. Alkalmazási körük már most is rendkívül sokrétű – a fogászattól az ékszeriparig. Az AM gépekhez való porgyártás fő technológiái a gázporlasztás, a vákuumporlasztás és a centrifugális porlasztás. A gázporlasztásos technológia szerint a fémet olvasztókamrában (általában vákuumban vagy közömbös környezetben) megolvasztják, majd egy speciális permetező berendezésen keresztül ellenőrzött módon leeresztik, ahol a folyékony fémáramot inert gázsugár megsemmisíti. nyomás. Európában három vállalat működik - ALD (Hollandia), PSI - Phoenix Scientific Industries Ltd. (UK) és az Atomising Systems (UK) – porlasztókat gyárt kereskedelmi termékként. Vákuumos porlasztásnál a folyamat az olvadékban oldott gáz miatt megy végbe. A porlasztó két kamrából áll - olvasztó és permetező. Az olvasztókamrában gáztöbblet (hidrogén, hélium, nitrogén) keletkezik, amely feloldódik az olvadékban. A porlasztás során a fém az olvasztókamrában uralkodó nyomás hatására felfelé áramlik a fúvókakészülékhez, amely kilép a permetező kamrába, ahol vákuum jön létre. Az így létrejövő nyomáskülönbség arra ösztönzi az oldott gázt, hogy az olvadékcseppek felszínére jöjjön, és belülről „felrobbantsa” a cseppeket, miközben gömb alakú és finoman eloszlatott szerkezetet biztosít a pornak. A centrifugális porlasztási technológiák nagyon változatosak, de leginkább azok a érdekesek, amelyek lehetővé teszik az adaléktechnológia legértékesebb ötvözeteinek - a reaktív és tűzálló fémek - porainak előállítását. Az additív technológiák fejlesztésének egyetlen korlátozó tényezője a fogyóeszközök (fémporok) magas költsége. Jelenleg számos vállalat dolgozik azon, hogy olcsóbb technológiákat vezessenek be a porok (beleértve a titánt is) előállítására. Az ilyen irányú áttörés a fémmodellek reprodukálására alkalmas 3D-s eszközök iránti kereslet jelentős növekedéséhez vezet.




Rizs. 4. EIGA 50 porlasztó az ALD-től (Hollandia)

A gázporlasztó berendezések gyártásában világelső az ALD (jelenleg az AMG Advanced Metallurgical Group része). Termékcsaládjában találhatók porlasztók laboratóriumi (tégely térfogata 1,0-2,0 l) és ipari célokra, olvadékonként 500 kg-ig vagy annál nagyobb kapacitással. Az ALD porlasztókat is gyárt az EIGA technológiával - inertgáz-porlasztással végzett indukciós olvasztással. Az EIGA 50 és EIGA 100 alapmodellek a felhasznált alapanyag méretében különböznek - a rúd 50, illetve 100 mm-es. Az EIGA gépek (4. ábra) alacsony permetezési sebességgel rendelkeznek - körülbelül 0,5 kg/s, de lehetővé teszik egy melegítés során meglehetősen nagy mennyiségű anyag szórását - néhánytól több tíz kilogrammig.

Rizs. 5. A Sferamet LLC centrifugális olvadékporlasztásának telepítése

Oroszországban van tapasztalat a poranyagok centrifugális permetezéssel történő előállítása terén a plazmaívvel megolvasztott rúddarab végéről. A módszert az 1970-es években fejlesztették ki a VILS-nél. Az elmúlt években ezt a módszert továbbfejlesztették az OOO Sferamet (Moszkva régió) munkáiban. A Sferamet LLC új generációs berendezések és technológiák fejlesztője fémek és ötvözetek gömb alakú granulátumainak centrifugális olvadékporlasztással történő előállítására. A kifejlesztett UCR-6 berendezéssel (5. ábra) történő granulátumgyártás kiindulási anyaga 76-80 mm átmérőjű, 700 mm hosszúságú, hengeres öntött nyersdarabok. Ezzel a berendezéssel 50 mikronos diszperziójú granulátumot kaptunk.

Fémporok gyártása adalékos technológiákhoz Oroszországban
Az adalékos technológiák intenzív alkalmazását Oroszországban mind az AM-gépek hiánya, mind a finom fémporok hiánya nehezíti. Jelenleg az orosz vállalatok importált porokat használnak, amelyeket főként növénygyártó cégek szállítanak. Oroszországban nem gyártanak fémporokat adalékanyagokhoz. A Szövetségi Állami Egységes Vállalati Összoroszországi Repülési Anyagok Intézete (VIAM, Moszkva) viszonylag kis mennyiségben állít elő fémpor-készítményeket adaléktechnológiákhoz. A közeljövőben korszerű ipari berendezések beindítását és a porok kereskedelmi gyártását tervezik. A VIAM vezérigazgatója szerint E.N. Kablova, a meglévő orosz flotta adalékanyag-gyártó létesítmények körülbelül 20 tonna por igényel évente. Az Infomine cég becslései szerint ez a mennyiség túlbecsült, és az oroszországi adaléktechnológiai üzemek porpiacának teljes kapacitása 2016 elején nem haladja meg a 6-7 tonnát. Jelenleg számos orosz vállalat foglalkozik fémporok gyártásával adaléktechnológiákhoz. Szakértők szerint már 2016-ban megjelenhetnek a hazai piacon a különböző márkájú, hitelesített kereskedelmi fémpor-összetételek. Jelenleg a VIAM önállóan látja el magát porokkal, de kapacitása kicsi (akár 2 tonna évente). A VIAM mozgása az additív technológiákhoz használt porok gyártása felé a magas hőmérsékletű vákuumforrasztáshoz használt forraszanyagok gyártásának megszervezésével kezdődött. A porforraszokkal szemben támasztott követelmények közel állnak az additív technológiákban alkalmazott fémpor-összetételek hasonló követelményeihez, beleértve a különböző méretű frakciók kombinációját is. A VIAM 2010 óta aktívan dolgozik finom fémporok előállításán az olvadék inert gázzal történő porlasztásával, az ERMIGA10/100VI telepítéssel. A 10-nél több nikkel- és titánforrasz (10–200 mikron) por előállítására szolgáló technológiát fejlesztettek ki és sajátítottak el. Megkezdődtek a forraszanyagok sorozatos szállítása a motorgyárak számára. Folyamatban van az additív technológiákhoz szükséges finom porok előállítása. A lézeres LMD felületképzéshez (40-80 mikron) szolgáló porokat az Aviadvigatel OJSC szállítja, ahol a nagynyomású motorlapátok burkolatperemeinek peremeinek felületkezelési technológiáinak kifejlesztésén dolgoznak. Folyamatban van a szelektív lézerolvasztásra alkalmas porok (20–40, 10–50 µm) előállítása.

Rizs. 6. Rétegről rétegre történő lézerfúziós telepítés M2 Cusing a Concept Lasertől

A VIAM 2014-ben megvásárolta a fémporok szelektív lézeres olvasztására szolgáló Concept Laser M2 Cusing berendezést (6. ábra), amely lehetővé teszi szinte bármilyen bonyolultságú belső szerkezetű alkatrész előállítását közvetlenül fémporokból, berendezések használata nélkül. Megkezdődtek a kutatások az alkatrészek teljes cikluson keresztül történő beszerzése terén, ami tovább gyorsítja az additív technológiák gyártásba való bevezetését. Szintén az FSUE "VIAM"-nál, a Concept Laser M2 Cusing telepítésének rétegenkénti lézeres olvasztásának módszerével, EP648-VI (VKh4L) porból, örvénylők gyártása 100-07, 100-08 motorokhoz, 100-09 elkezdődött. A Szövetségi Űrügynökség megbízásából végzett kutatómunka részeként olyan munkát végeztek, amely megmutatta a nikkel és titán alapú porok (granulátumok) előállításának lehetőségét szelektív lézeres ötvözéshez.

Adaléktechnológiák a Rosatomnál: körforgás a portól az alkalmazásig

Rizs. 7. Útiterv a Rosatom additív technológiáinak fejlesztéséhez

Additív technológiai eszközök importja Oroszországba
Oroszország e termékek importjával elégíti ki a fémport használó 3D nyomtatók iránti igényt. Az Infomine szerint Oroszország 2009 és 2015 között 29 fémporos adaléktechnológiai berendezést importált körülbelül 12 millió dollár értékben. Jellemző tendencia ugyanakkor az importkínálat növekedése (10. ábra). Mint látható, 2014 és 2015 jellemezte legmagasabb szint 200 ezer dollár feletti szállítások.

Rizs. 8. Porlasztó ALD VIGA-2B

A Permi Tudományos Kutató Polytechnic University (PNRPU) Poranyagtudományi Tudományos Központja (NCPM) 2011-ben vásárolt egy ALD VIGA-2B porlasztót (8. ábra). 2014 áprilisában piacra került az AM gép. Az installáció kis kísérleti porok kutatására és gyártására szolgál. Lehetővé teszi minden nem tűzálló fém és ötvözet permetezését, amelyek olvadáspontja akár 1700 °C. A Tudományos Központ szakemberei szerint a porok gömb alakúak, de nem egyenletesek - 0,5 és 100 mikron közötti részecskemérettel.

Rizs. 9. A fő külföldi gyártók által az Orosz Föderációba irányuló 3D nyomtatók ellátásának szerkezete 2009–2015 között, %