Lisandite tehnoloogiad ja lisandite tootmine. Lisatehnoloogiad masinaehituses: transporditööstus Lisandustehnoloogiad ja metalltooted

Lisandustehnoloogia on suhteliselt noor, kuid väga populaarne nähtus. Selle tehnoloogia nimi pärineb ingliskeelsest terminist Additive Manufacturing, mis tähendab sõna-sõnalt “tootmine lisamise teel”. Lisatootmine tähendab tootmismeetodit, mille käigus kogutakse toorainet kihtide kaupa.

Tuntuim näide lisandtehnoloogiate kasutamisest on populaarsed 3D-printerid. Kõik nende seadmete tüübid töötavad kiht-kihilise sünteesitehnoloogia abil.

Lisandustehnoloogiad on teinud revolutsioonilise läbimurde paljudes tööstusharudes – meditsiinis, ehituses, disainis, inseneritöös, disainis.

Ekskursioon ajalukku

3D-printimise tehnoloogiaid peetakse 21. sajandi peamiseks avastuseks, kuid nende uuenduslike seadmete ajalugu sai alguse 20. sajandil. Tehnoloogia leiutaja ja uue tööstuse rajaja oli insener Charles Hull, 3D-Systemsi asutaja ja omanik.

1986. aastal ehitas Charles kõigi aegade esimese stereolitograafilise 3D-printeri. Umbes samal perioodil lõi teine ​​insener – Scott Trump – oma klassi esimese FDM-masina. Need kaks ikoonilist leiutist panid aluse 3D-printimise turu kiirele arengule.

Uus arenguetapp

Järgmine samm 3D-printimise arengus oli kiht-kihilise sünteesitehnoloogia kasutuselevõtt tavapärase lauaarvuti 3D-printeri korpusesse, mille viisid läbi MIT-i üliõpilased Tim Anderson ja Jimmy Bredt. Seejärel asutasid nad Z Corporationi, mis püsis pikka aega tööstusharu liidriks.

Kaasaegsed lisandite tehnoloogiad

Nüüd on lisatehnoloogiad läbimas võimsa arengu ja laialdase populariseerimise perioodi.

Ajalooliselt on kõige esimene ja täpne lisandite tehnoloogia stereolitograafia. See on laserit kasutades samm-sammult polümeeri kõvenemise meetod. Seda tehnoloogiat kasutatakse prototüüpimisel, küljenduste ja kujunduselementide valmistamisel kõrge detailsusega.

Selektiivne laserpaagutamine on uuenduslik meetod vedela fotopolümeeri kõvendamiseks. See tehnoloogia võimaldab töötada tsemendi, keraamilise savi, keeruliste polümeeride, metallipulbriga.

Kodumaises mõistes populaarseimad on FDM-printerid, mis taasloovad objekte plastniiti kihistades. Kui varem said printerid luua ühevärvilisi objekte, siis nüüd on turule tulnud seadmeid, mis kasutavad mitut tüüpi värvilisi plastkiude.

Lisandustehnoloogiate keskus

Venemaa turul on noor ettevõte, mis on spetsialiseerunud lisandite tehnoloogiate kasutamisele. OJSC "Center for Additive Technologies" töötab projekteerimis-, inseneri- ja arvutuspädevuste, tehniliste lahenduste ja tootmise optimeerimise ristumiskohas.

Ettevõttel on suur tööstusliku mastaabiga 3D-printerite park maailma juhtivatelt tootjatelt: MK Technology GmbH, EOS GmbH, 3D Systems, Stratasys, Envisiontec.

Keskuse töö põhisuunaks on koostöö ettevõtetega uute toodete ja ainulaadsete tehnoloogiate arendamiseks ja müümiseks. Keskus on spetsialiseerunud ka lauaarvuti kaasaskantavate 3D-printerite ja skannerite arendamisele ja tootmisele. Need 3D-seadmed on võimelised prototüüpimistehnoloogiaid realiseerima kodukeskkonnas ning sobivad ideaalselt esmatutvuseks lisatehnoloogiate ja 3D-printimise põhitõdedega.

Lisatehnoloogiad masinaehituses

Autotööstuses kasutatakse aktiivselt lisandtehnoloogiaid. Kor Ecologicu asutaja Ameerika inseneri Jim Corri meeskond on Urbee projektiga tegelenud üle 15 aasta – see on 3D-auto esimene prototüüp. Olgu öeldud, et printerile on trükitud ainult kere ja mõned detailid – auto metallraam.

See auto arendab madalat maksimumkiirust 112 kilomeetrit, kuid on kere konstruktsioonist tulenevalt madala takistusega ja suudab elektrimootoriga sõita umbes 65 kilomeetrit.

Lisatehnoloogiat kasutatakse ka Ameerika ettevõtte Local Motors prototüübis, mis valmistab oma elektriautosid masstootmiseks ette. Ettevõtte prototüüpe iseloomustab kaasaegne disain, pikk tegevusulatus ja tehisintellekt.

Lisandustehnoloogiad: pealekandmine

Kaasaegses maailmas kasutatakse lisandite tehnoloogiaid paljudes tööstusharudes ja neid saab potentsiaalselt kasutada kõigis tööstusharudes. Maailma kõmulehti šokeerivad perioodiliselt uudised, kuidas 3D-printerile prinditi relv, inimelund, riided, maja, auto.

Nende tehnoloogiate arendamise potentsiaal on tõesti suur ja suudab kiirendada teaduse ja tehnoloogia arengut suurusjärgus – teaduslaborid loovad 3D-printerite abil uuenduslikke materjale ja kangaid. Lisandustehnoloogiate kasutamine tööstuses võimaldab tootjatel kiirendada uute näidiste prototüüpimist ja lühendada teed ideest teostuseni. Arhitektuur ja ehitustööstus püüavad kasutada lisatehnoloogiate potentsiaali 100%. Tänu lisariistvarale on disainiäris uus arenguetapp.

Tööstuse arengu väljavaated on äärmiselt soodsad. Finantsanalüütikud ennustavad 3D-printimise turule kiiret kasvu. Lisandite väljatöötamisega tegelevaid teaduskeskusi rahastavad kaitsekompleks ja riiklikud meditsiiniinstituudid

Vene Föderatsiooni riikliku teaduskeskuse FSUE "NAMI" välja antud inseneridele mõeldud käsiraamatu "Lisandtehnoloogiad masinaehituses" sissejuhatuses öeldakse: "Metallosade valmistamise masinad on tõeliselt insenerikunsti tipp." Ja tõepoolest, kuivõrd 3D-printimine on uuenduslik ja produktiivne tehnoloogia kogu tööstuse jaoks, on metallidega 3D-printimine üldinseneriteaduse arengu tipp.

Millises masinaehituse valdkonnas on lisatehnoloogiaid rohkem vaja?

Kõigist masinaehituse tööstusharudest ja valdkondadest on lisaainete tehnoloogiate kõrgeim kasumlikkus transporditööstuses. Just tema peab keeruka geomeetriaga ja suurema tihedusega toodete loomisel rohkem kui teised vähendama tooraine tootmiskadusid. Tema jaoks mängib olulist rolli andmevahetuse kiirus inseneride, disainerite, disainerite jne vahel.

Transporditehnika juhised:

• raudteetehnika ja vagunite ehitus;
• laevaehitus;
• lennundustööstus;
• raketi- ja kosmosetööstus.

Kuigi 3D-printimine parandab kõigi nende valdkondade tõhusust, on lisaainete tootmise suurim kasu kahest viimasest.

Kuidas kasutatakse lennutehnikas lisatehnoloogiaid?

Lennunduses kasutatakse 3D-tehnoloogiaid lennukiosade skaneerimiseks, modelleerimiseks, prototüüpimiseks ja printimiseks. Viimastest saavutustest lõi Iisraeli ettevõte Eviation Aircraft Stratasyse 3D-printereid kasutades elektrilise lennuki prototüübi. mahutab 11 reisijat.

Venemaal arendab seda ala väga aktiivselt Riiklik Lennundustehnoloogia Instituut. Näiteks NIAT OJSC viis paar aastat tagasi läbi katse, et asendada lennukimootoris keevitatud kütusepihustid 3D-prinditud pihustitega. Katse tulemuseks oli defektide protsendi vähenemine, samuti kogu toote massi vähenemine 17%.

Näide lisatehnoloogiatest raketi- ja kosmosetehnikas

Raketi- ja kosmosetööstuses kasutatakse 3D-printimist kahes valdkonnas: kosmoselaevade ehitamiseks maapealsetes tingimustes ja võimalusena erinevate toodete loomiseks. .

Võib-olla on Venemaa teadlaste viimase aja olulisim saavutus selles valdkonnas olnud 3D-prinditud nanosatelliidi loomine ja käivitamine 2017. aasta suvel. , mis töötati välja Tomski Polütehnilises Ülikoolis.

Tooted luuakse metallipulbri või metalltraadi või metallisulami lisamisega sinna, kus seda vajate. Ja selline lähenemine võimaldab ühelt poolt väga hästi kokku hoida materjali, teisalt aga täiesti revolutsiooniliselt tõsta protsesside tootlikkust. Ja seda, mida varem tehti kuude kaupa, saab nüüd teha tundidega. Ja kolmas asi, mida lisatehnoloogiad annavad ja mida muul viisil ei saa, on võime luua sellise kujuga tooteid, mida ükski traditsiooniline tehnoloogia ei suuda põhimõtteliselt luua.

Teaduse progressi saavutuste tõttu inimelus pidevalt ilmuvate tehnoloogiate hulgas on neid, mida nimetatakse "lisanditeks". See määratlus pärineb laenatud sõnast "additivity" või, täpsemalt, ingliskeelsest fraasist "additive production" (lühendatult AF), mis tõlkes tähendab sõna-sõnalt "lisandite tootmine". Mis see siis on ja kuidas saab seda tüüpi tehnoloogia tänapäeva ühiskonnale kasulik olla?

Essents

Lisatehnoloogiad on digitaalse tööstuse haru ning on toodete ja erinevate toodete valmistamise meetod, mille käigus 3D-printimiseks arvutiseadmete abil ehitatakse üles objekti kihid. Mis materjalid neid täidavad? Tavaliselt on selleks vaha-, metalli- ja kipsipulbrid, polüstüreen (plasti meenutav värvitu ja klaasjas polümeer), polüamiidid (plastid), vedelad fotopolümeerid (valguskiirte, enamasti ultraviolettkiirguse mõjul kõvastuvad toorikud) jne.

Tekkimine: kuidas see oli

Lisaseadmete ajalugu algas 1986. aastal, kui Charles Hull (nüüd tema enda 3D-süsteemide organisatsiooni EVP ja CTO) ettevõttest Ultraviolet Products kavandas maailma esimese stereolitograafilise 3D-printeri. Mehhanism toodeti peamiselt USA kaitsekompleksi õigeaegseks varustamiseks. Hull juhtis tähelepanu asjaolule, et üksikute osade loomine ja seejärel kokkupanek võtab palju aega ja vaeva. Seetõttu otsustas ta mitte ainult kasutada ultraviolettkiirgust, vaid ka oma plaani võimalikult ratsionaalselt ellu viia. Niisiis ladas mees esmalt mitu tuhat kihti plastikut üksteise peale ja alles siis kinnitas need ühe ultravioletttöötlusega.

Hiljem lahkus Charles pankrotistunud ettevõttest UVP, kuid ei tahtnud oma järglaste arendamist lõpetada – ta patenteeris 1983. aastal tehnilise leiutise ja asutas isiklikult ettevõtte, mis seejärel kasvas päris korporatsiooni mastaabiks. Tänapäeval on "3D Systems" üks võtmetegijaid mahuliste toodete loomiseks mõeldud printerite, toodete ja tarkvara turul.

Lisandite tehnoloogiate edasine arendamine toimus tänu kaasüliõpilastele Massachusettsi Tehnoloogiainstituudist. 1993. aastal otsustasid Jim Bredt ja Tim Anderson juba olemasolevaid arendusi oma ideedega kvalitatiivselt täiendada ning seetõttu võtsid ja modifitseerisid nad tavalise 2D-printeri 3D-trükiseadmeks. Moderniseeritud seadmes ei kasutatud paberilehti, vaid spetsiaalset liimiga sarnast vedelat koostist, mis pihustati õhukeste kihtide peale põhitäiteainet (polümeer, metall või kipsipulber) ja kõvastati. Bredt ja Anderson muutsid AF-i maailmakuulsaks, muutes selle mitmekülgsemaks ja mitmekülgsemaks. 1995. aastal korraldasid sõbrad oma organisatsiooni Z Corporation, mille edu ei jäänud 3D Systemsile märkamata – 2012. aastal omandas see väiksema, kuid mitte vähem perspektiivika ettevõtte ning nende arenenud projektid hakkasid ilmuma ühise logo all.

Eesmärk ja rakendus

Kõik see tähendas ainult üht – uude ajastusse sisenemist, kvalitatiivset muutust paljudes tootmisvaldkondades ja organisatsiooniliste protsesside lihtsustumist! Näiteks autotööstuses on prototüübi väljatöötamise etapp oluliselt kiirenenud, sest peaaegu kõiki komponente, olgu need võimsad mootorid või tavalised nupud ja hoovad, on hakatud looma täielikult või osaliselt 3D-printimise tehnoloogiat kasutades.

Lisaks hakkasid ettevõtted märkimisväärselt säästma, sest nüüd tootmine:

• ei vajanud enam nii mitmekesise tööriistakomplekti olemasolu kui varem;
• saaks läbi viia väiksema arvu töötajate kontrolliga. Tegelikult piisab osa korralikuks loomiseks 1-2 insenerist. Peamine asi, mida neilt nõutakse, on täielikud ja põhjalikud teadmised tehniliste konstruktsioonide projekteerimisest ja projekteerimisest, samuti arusaamine AF-seadmetega töötamise funktsioonidest.

Selliseid printereid kasutatakse aktiivselt ka ... meditsiinis! See võib tunduda võimatu, kuid ka praegusel etapil kasutatakse kolmemõõtmelisi tooteid asendus- ja rekonstrueerivate elementidena, näiteks näo-lõualuukirurgia puhul. 2018. aasta märtsis avati Manchesteris kliinik, mis on spetsialiseerunud 3D-printeritel varraste, proteeside ja plaatide tootmisele, mis täidetakse plastiku või metalli segudega. Kuigi ainuüksi PolyJeti paigaldamine läks haiglale maksma 42 000 dollarit, tasub juhtkonna hinnangul investeering nende enda 3D-printimise laborisse ära kiiremini kui pidev vahendajate poole pöördumine. Kliiniku töötajad ennustavad, et 5 aasta pärast muutuvad sellised keskused kohustuslikuks meditsiini- ja taastusraviasutustes, eriti kui need tegelevad onkoloogiliste, ortopeediliste, neuroloogiliste ja reumatoloogiliste haigustega.

Huvitav fakt! AF-i kasutatakse ka tehisjäsemete valmistamiseks.

2017. aastal Jordaania pealinnas käivitatud pilootprogramm mitte ainult ei jätka hoogu, vaid näitab ka positiivseid tulemusi. Ammanis ravitakse inimesi, kes põgenesid sõjaliste operatsioonide eest Süürias, Jeemenis ja Iraagis. Niisiis on 5 vabatahtlikku juba soetanud “prinditud” proteesid, mis esiteks maksid neile palju odavamad kui tavalised (umbes 20 dollarit vs. sadu dollareid) ja teiseks valmistati individuaalseid omadusi ja kehaparameetreid arvestades.

Lisatehnoloogiad vallutavad ka teisi valdkondi: arhitektuur, lennukiehitus, spordivarustuse ja lastele mõeldud kaupade tootmine ... Nende kasutusala laieneb ning eksperdid ennustavad sellele valdkonnale üksmeelselt paljulubavat ja helget tulevikku investeeringute sissevooluga. , nõudluse kasv kompetentse tööjõu järele ja palgatõus .

Lisateavet teatud tüüpi AT kohta

Ei oleks üleliigne mainida, kuidas igal konkreetsel juhul mahutoode luuakse. Kõige populaarsemad lisandite valmistamise meetodid on:

1. Sulatatud sadestamise modelleerimine, FDM - kiht-kihilt sadestamise modelleerimine. Objekt on konstrueeritud tarkvarasse põimitud matemaatilise digitaalse mudeli järgi spetsiaalsest plastikniidist (õngenöörist), mis sulab teatud temperatuurini ja muutub seetõttu piisavalt painduvaks, et omandada soovitud kuju. Abistruktuurid eemaldatakse käsitsi või spetsiaalses vedelikus lahustades ning valmistoode jäetakse kas trükitud kujule või läbib järeltöötluse (värvimine, poleerimine, lihvimine, liimimine jne). Toodetud osadel on alati head omadused nagu kulumiskindlus ja kuumakindlus.

1. ColorJetPrinting, CJP. Selle arenenud tehnoloogia põhiolemus on kipsil ja plastil põhineva komposiitpulbri kasutamine, mida mitte ainult kiht-kihilt liimitakse, vaid ka värvitakse väga erinevates CMYK-värvides, sealhulgas kuni 390 000 tooni! Kuigi värviprintimise võimalus pakub ainult CJP-d. Lisaks võimaldab see AT ka kõrge eraldusvõimega reprodutseerida erinevaid tekstuure toodete pinnal. Vaatamata lõpptoodete keskmisele tugevusele ja kergele karedusele kasutatakse ColorJetPrintingut, mida iseloomustab odavus, aktiivselt arhitektuursete mudelite, miniatuursete inimfiguuride, esitlusnäidiste ja muude visuaalsete objektide loomiseks.

1. SelectiveLaserStering, SLS – selektiivne laserpaagutamine. Siin paagutatakse pulbermaterjalid (plastid ja polüamiidid) laserkiirega. See meetod sobib korraga nii suurte tööstustoodete kui ka keeruka geomeetria ja detailse struktuuriga objektide jaoks ning partiide jaoks, mis toodetakse ühe trükiseansiga. SLS-tehnoloogiat aetakse sageli segi SelectiveLaserMelting ehk SLM-iga. Erinevus nende vahel seisneb selles, et esimesel juhul osutub sulandumine osaliseks ja toimub ainult piki osakeste pinda, teisel juhul on tulemuseks tahke monoliit.

Konverentsid Venemaal

Venemaa riiklik AT-turg on endiselt vähearenenud. Sfääri potentsiaali personalipuuduse, materjali- ja tehnikapuuduse ning korraliku riikliku toetusprogrammi puudumise tõttu ei avalikustata.

Ja ometi püüavad mõned institutsioonid omal jõul edendada Venemaa ühiskonna tutvust AF-i kõrgetasemeliste saavutustega. Üks neist organisatsioonidest on Ülevenemaaline Lennundusmaterjalide Uurimisinstituut (VIAM), mille esindajad korraldavad igal aastal lisatehnoloogiatele pühendatud temaatilisi konverentse. Ettekannetega esinevad kodu- ja välismaised teadlased ja tööstustöötajad, kes on huvitatud traditsiooniliste tootmisvormide asendamisest uuenduslike meetoditega. Sel aastal on 30. märtsil toimunud üritus saanud järjekorras juba neljandaks. Loosungi "Olevik ja tulevik" all peetud konverentsist said osa võtta eeltaotluse esitanud osalejad.

Liialdamata peetakse lisandtehnoloogiaid (AF) uuenduslikuks läbimurdeks, uueks globaalseks trendiks.

Nende tungimine elu võtmevaldkondadesse on lahutamatult seotud teadusmahukate tööstusharude ja kõrgtehnoloogiate arenguga.

Automaatse teravustamise tehnoloogiate all mõistetakse objekti kihtide kaupa sünteesi protsessi kolmemõõtmelisest mudelist. Tehnoloogiate peamine eelis on ressursisääst, mille puhul kasuliku aine kadu kipub olema null.

Kus kasutatakse lisandtehnoloogiaid

Automaatse teravustamise tehnoloogiaid kasutatakse peaaegu kõikjal. Neid kasutatakse autotööstuses, energeetikas, Toidutööstus, arhitektuur/disain, masinaehitus, suveniiride, mänguasjade, tarbekaupade jms loomise protsess.

Lisatehnoloogiaid kasutatakse tööstuses vormitoorikute, eritööriistade, keeruka geomeetriaga detailide, endoproteeside ja implantaatide väljatöötamisel. Valmis osad on 20-30% tugevamad kui traditsioonilisel viisil saadud. Tehnoloogiad on rakendatavad seal, kus valumeetodit, mehaanilist töötlemist on võimatu/sobimatu kasutada. Nende arengut tööstuses soodustab valiku suurenemine metallist pulbermaterjalid. Kui 2000. aastate alguses ei olnud rohkem kui 5 eset, siis tänapäeval mõõdetakse nende arvu kümnetes.

IN masinaehitus lisandite tehnoloogiaid võetakse kasutusele mitte vähem aktiivselt. Eelkõige vähendavad autokontsernid nende abiga osade (mootori silindripead, käigukastid, teljed) valamise uurimis- ja arendustegevuse aega suurusjärgu võrra. AF-i rakendamisel saavad disainerid kaks nädalat pärast tehnilise projekti valmimist mootori visuaalse mudeli. Varem kulus selleks kuid.

Lisandite tehnoloogiate eelised

Lisatehnoloogiad, mida on masinaehituses ja muudes valdkondades viimase 20 aasta jooksul edukalt kasutatud, annavad ilmselgeid eeliseid:

Ressursside kokkuhoid. Valmistooteid "kasvatatakse" nullist, seega saame rääkida jäätmevabast tootmisest. Lisaks on välistatud jäätmekäitluskulud. Võrdluseks võib konservatiivseid metallitöötlemismeetodeid kasutades toorikute materjalikadu ulatuda kuni 85%.

Tootmisprotsessi kiirendamine. Tsükli vähendamine projekti arendamise hetkest kuni valmistoodete väljalaskmiseni annab konkurentsieelised. Arvutimodelleerimine ei nõua pikki arvutusi ja arvukaid jooniseid. Samal ajal ei kahjusta kiirus kvaliteeti.

Parameetrite täpsus. Kiht-kihilise sünteesiga on võimalik saavutada maksimaalne vastavus tiheduse, jääkpinge ja tehniliste näitajate osas. Toodete tugevus on 20–30% kõrgem kui valatud/sepistatud toodetel.

Liikuvus. Uue tooteseeria tootmise käivitamine ei nõua pikka ettevalmistust, mahukate seadmete ostmist. Protsess on paindlik, võimaldades kohaneda muutuvate turutingimustega. Mudeleid saab arvutitehnoloogia abil edastada mõne sekundiga igasse planeedi nurka.

Sellistes tööstusharudes nagu lennukitootmine on oluliseks eeliseks lisandtehnoloogiate kasutuselevõtuga saadavate toodete kaalu vähendamine. Üksikuid osi saab muuta 40–50% kergemaks ilma tugevuse vähenemiseta.

Maailma kogemus

Lisandite tehnoloogiate maailmaturg näitab igal aastal kasvu vahemikus 27–28%. Ameerika Ühendriike peetakse nende rakendamisel liidriks - AF-seadmete osakaal ulatub 38% -ni. Esikolmikus on ka Jaapan ja Saksamaa. NASA katsetab lisandtehnoloogiate abil loodud rakettmootorit pihustiga,

Google ja 3D Systems töötavad täisvärvilise automatiseeritud 3D-printeri kallal, mis suudab toota tuhandeid mooduleid nutitelefonidele.

Jaapani riiklikku lisaseadmete kasutuselevõtu programmi toetavad 27 ettevõtet, sealhulgas Panasonic, Mitsubishi, Nissan. Plaanitakse, et aastaks 2020 on siin võimalik luua täiuslik tööstuslik 3D-skanner. Paralleelselt rahastab riik tarkvaraarendustegevust, teadus- ja arendustegevust ülitäpse printimise valdkonnas.

Lisandite tehnoloogiad Venemaal

Automaatse teravustamise tehnoloogiate riiklik turg jääb maailmaturust maha. Selle areng on takistatud:

personali puudus;

seadmete/materjalide puudumine;

valitsuse toetuse puudumine.

Tänapäeval on Venemaal prototüüpimisega tegelevaid ettevõtteid. Enamik neist on väikesed, ilma kallite seadmeteta. Piisavalt kõrgetasemelised paigaldised on saadaval ettevõtetes FSUE "NAMI", MTÜ "Salyut", AB "Universal", uurimisinstituudis "Machine-Building Technologies". Nende võimsus on teadus- ja arendustegevuse läbiviimiseks piisav. VIAM on pulbrite tootmise liider. Neid kasutatakse näiteks turbiinilabade rekonstrueerimiseks. UrFU Jeltsin valmistab personali ette 3D-printimiseks, skaneerimiseks, tahkete modelleerimiseks, pöördprojekteerimiseks.

Riiklik poliitika, mis on suunatud tööstuse arengu stimuleerimisele, peaks olema suunatud subsideerimisele. Tõhus mehhanism on osa ettevõtete kulude hüvitamine tööstustoodete pilootseeria tootmisel ja müügil. Ka Tööstuse Arengu Fond peaks aitama kaasa AF-tehnoloogiate kasutuselevõtule, pakkudes soodsatel tingimustel sihtotstarbelisi laene.

Kaasaegses ajakirjanduses ja globaalses võrgus võib üha enam leida arvukalt lisatehnoloogiate teemalisi publikatsioone, nagu näiteks kolmemõõtmeline printimine (stereoprintimine, 3d printimine). Mis see on? See pole vähem kui tõeline revolutsioon mitmesuguste toodete tootmises ja valmistamises: lihtsatest majapidamistarvetest keerukate tehnoloogiliste detailideni ja isegi eluruumideni! Kõlab uskumatult ja fantastiliselt? Võimalik, kuid 3D-printimise tehnoloogiad muutuvad tänapäeval üha populaarsemaks. Lisatehnoloogiad kujundavad täielikult ümber kogu tootmise olemuse.

Erinevus lisandtehnoloogiate ja traditsiooniliste tehnoloogiate vahel

Selleks et mõista peamist erinevust lisandite tehnoloogiate ja meile harjumuspäraste erinevate toodete valmistamise meetodite vahel, peame mõistma, et näiteks mis tahes metallosa - sama polti või isekeermestavat kruvi - saab valmistada kahes põhimõtteliselt erinevad viisid. Esimene viis on meile kõigile hästi teada - see on mehaaniline töötlemine: lõikamine, peksmine, aukude puurimine jne. Võetakse terasvarras, sellest töödeldakse metallvardad, mis kulutab märkimisväärsel hulgal energiat ja materjali, seejärel töödeldakse varrastest valmis poldid. Sellise juba tuttavaks saanud tootmismeetodi tohutud puudused on ilmsed – lõpptoote (antud juhul poldi) valmistamisel jahvatatakse suurem osa lähtematerjalist (teraslatt) metallilaastudeks, moodustades tohutu tööstusjäätmete hulk ja materjali tarbimine ei ole kõige ratsionaalsem. Muidugi on ka teisi klassikalisi valmistamisviise, näiteks stantsimine ja valamine, kuid neil on ka palju miinuseid - näiteks valamiseks tuleb esmalt valmistada vorm ise täitmiseks, mis on üsna kallis ja nõuab palju. kvalifitseeritud spetsialistid. Kõik see mõjutab jõudlust negatiivselt. Vormide loomine on aktuaalne, kui näiteks tootjal on vaja toota suur partii tooteid, aga kui neid on mitu väikest? Sellisel juhul põhjustab vormide tootmine suuri kulutusi ja see ei ole majanduslikult otstarbekas.

Mõelge nüüd lõpptoote valmistamise teisele võimalusele – see ei põhine mitte osa materjali eemaldamisel mehaanilise töötlemise tulemusena, vaid vastupidi, materjali lisamisel ja kihistamisel, mille tulemusena valmib toode. saadakse. Sellest ka nimi - lisandtehnoloogiad (ingliskeelsest sõnast "add" - add, Lisandite valmistamine (AF),Lisandite tootmine (AM)). Kolmemõõtmeline trükkimine ei hõlma lõikamist, saagimist, puurimist. Objekti ehitamisel kasutatakse sõna otseses mõttes kihtide kaupa sünteesmasinat, mis sobib hästi nimetusega “3D Printer”. Igal juhul võime tinglikult öelda, et masin "prindib" tooteid. Kuidas see juhtub? Mida kasutatakse materjalina? See sõltub juba konkreetsest 3D-printimise tehnoloogiast. Nt stereolitograafia hõlmab laseri kasutamist, mille mõjul tooraine kivistub - vedel fotopolümeer. Selektiivne laserpaagutamine (SLS) kasutab spetsiaalseid pulbreid, mille osakesed kombineeritakse laseri mõjul nn "ekstrusioontrükk" kasutab teist tüüpi plastmaterjali, mis juhitakse düüside kaudu pinnale, kus toode reprodutseeritakse. Tehnoloogiat saab tõesti võrrelda klassikalise trükiga, paberi asemel saab toimida vaid teistsugune pind ja tooneri asemel plastmaterjal.

Hammasrataste tootmisprotsess traditsiooniliste tehnoloogiate abil:

Hammasratta valmistamise protsess aditiivsel viisil (3D-printimine):

Lisandite tehnoloogiate võimalused

3D-printerid saavad printimiseks kasutada väga erinevaid tooraineid, näiteks puitu, keraamikat ning isegi metalli ja betooni. Lisandite tehnoloogiate võimalused ja väljavaated on tõeliselt tohutud ning rakendusala väga lai. Alates majapidamistarvete ja lihtsate majapidamistarvete loomisest kuni keerukate detailide ja tehniliste toodeteni. Neid saab kasutada projekteerimisel ja modelleerimisel, mööbli ja valgustite, muusikariistade loomisel, riiete ja jalanõude "trükkimisel", skulptuuride, maalide, ornamentide jms loomisel, arhitektuuris saab neid aktiivselt kasutada majade loomiseks, mitte ainult redutseerida. mudelid, aga ka valmis hooned täissuuruses. Tehnoloogia leiab rakendust ka kinematograafias, võttes arvesse režissööride vajadust rekvisiitide järele. Meditsiini 3D-printimine avab kõige laiemad võimalused – inimorganite ja -kudede mudelite täpsete koopiate printimine aitab kaasa kvalifitseeritud meditsiiniõppele, proteeside valmistamisele jne. Autotööstuses kiirendab see tehnoloogia keeruliste mehhanismide – näiteks telgede, käigukastide, silindripeade – loomist.

3D prinditud meditsiiniline jalaprotees

3D-printeri ja sellega valmistatud erinevate toodete tutvustus:

Üldiselt, kui võtame hariduse valdkonna, siis 3-D printimise võimalused on lihtsalt piiramatud - paigutuste loomine, reaalsete osade ja mehhanismide vähendatud koopiate visuaalne demonstreerimine. Näide – õpilased peavad demonstreerima sisepõlemismootori seadet. Saate mudelifaili kohe alla laadida ja selle vähendatud koopia printida. Seega on keeruliste tehniliste süsteemide mudelid sõna otseses mõttes iga õpilase käes. Võimalik on isegi printida mitte ainult küljendus, vaid tõesti töötav seadme vähendatud koopia.

8-silindrilise mootori visuaalne mudel, mis on trükitud 3D-printerile:

Kolmemõõtmelist trükkimist saab kasutada ka toiduvalmistamisel (kookide ja küpsetiste "trükkimine"), robootikas (robotite valmistamine nullist "printimise" teel), masinaehituses (keerukate osade valmistamine) ja kosmosetööstuses (mootorite ja kosmoselaevade loomine). näiteks kehad). Värvimiseks on võimalik ruumis joonistada. Juba praegu on müügil 3D-pliiatsid, mis sellise võimaluse annavad. Nagu ülaltoodud näidetest näha, mõjutavad lisamistehnoloogiad peaaegu kõiki eluvaldkondi, mis räägib tõelisest revolutsioonist ning asjade, osade ja mehhanismide tootmise ja valmistamise põhimõttelisest ümberkujundamisest. Tegelikult seisnebki lõpposa aditiivsel viisil valmistamise peamine raskus arvutimudeli kavandamises ja loomises, mida saab seejärel hõlpsasti 3D-printimise abil reprodutseerida. Kui varem kasutati 3D-printimist vaid toodete ja toodete prototüüpide kiireks loomiseks, siis nüüd räägime masstootmisest. Valmistatava toote keerukust piirab sisuliselt vaid selle arvutimudeli keerukus.

3D prinditud kingad, saapa ülaosa on valmistatud vastupidavast puuvillast

Ruumiline joonistamine 3D-pliiatsidega on veel üks näide lisandtehnoloogiate rakendamisest:

Toote geomeetria praktiliselt ei oma tähtsust, lisandmeetod võimaldab valmistada mis tahes keerukusega detaili või toodet, projekteerimisel puuduvad piirangud, erinevalt traditsioonilisest tootmismeetodist on peaasi, et näidis modelleeritakse arvutiprogrammis. See võimaldab toota disaini ja kaunistuse poolest uskumatult ilusaid tooteid, mille valmistamine oli varem traditsioonilise tehnoloogia loomulike piirangute tõttu võimatu. Lisanduv tootmistehnoloogia võimaldab saada kergeid ja samas väga tugevaid konstruktsiooniosi, eemaldades neist liigse materjali, millest tavameetodite valmistamisel loobuda ei saa. Kui sel juhul kaal väheneb, ei kannata lõpptoote tugevus ja funktsionaalsus üldse.

Siin pole mitte ainult arvutimudeli ettevalmistamise ja printimise võimalus, vaid ka pöördprotsess – valmistoote edastamine arvuti CAD-faili, et seda hiljem paljundada või muuta. Selleks kasutatakse materiaalse objekti optilist skaneerimist.

Andrey Rudenko loss – 3D-printer prindib betooniga elusuuruses lossi:


Tulemus:

Lisandite tehnoloogiate eelised

Loetleme mõned lisandite tehnoloogiate ilmsed eelised.

1. Tehnoloogilise ahela vähenemine ja tootmisest tekkivate jäätmete järsk vähenemine
Lõpptoote loomine klassikaliste meetoditega hõlmab tavaliselt mitut etappi. Ülaltoodud lihtne poldi valmistamise näide (Terasvarras -> Metallvarras -> Valmis polt) hõlmab mitut etappi ning nõuab palju pingutust, energiat ja materjali. 3D-printimise abil on sellise poldi valmistamine palju kiirem ja väiksemate kuludega.

2.Tugev toote kohandamine
Kuna muudatuste tegemine originaalfailis printimiseks ei nõua pikaajalisi pingutusi, nagu päris mudeli ümbertöötamine, võimaldab see originaali muutmise või täiendamise kaudu kiiresti luua individuaalse unikaalse toote olemasoleva originaalmudeli põhjal. Nii saate luua ühest ja samast tootest tohutult erinevaid variatsioone.

3. Uute ideede juurutamise kiirendamine
Disainerid saavad oma ideed palju kiiremini reaalsuseks tõlkida. Olles välja töötanud mootori uue versiooni ja loonud selle mudeli näiteks arvutiprogrammis, on võimalik mõne tunni jooksul välja printida valmis testnäidis, teha muudatusi, optimeerida, täpsustada jne.

4. Võimalus valmistada väga keerukaid osi
Mõningaid osi, mida on raske või isegi võimatu valmistada traditsioonilise töötlusega, saab arvutimudeli esmakordsel loomisel hõlpsasti "trükkida".

5. Personali koolitamise suhteline lihtsus
Ükskõik millise toote üksikasjaliku kolmemõõtmelise mudeli loomine pole muidugi kõige lihtsam ülesanne, kuid siiski on see palju lihtsam kui sellise testosa käsitsi reprodutseerimine. Ruumilise kujutlusvõimega inimese õpetamine arvutiprogrammiga töötama on palju lihtsam kui mitme ameti valdamine, et luua iseseisvalt oma kätega toote elusuuruses prototüüp.

3D puidust printimise näide:

3D metalliprintimise näide:

Järeldus

Võib-olla muutuvad 3D-printimise tehnoloogiad mõne aja pärast meie jaoks tavaliseks, nii nagu arvutid, internet, tahvelarvutid, nutitelefonid ja sülearvutid on kindlalt igapäevaellu sisenenud. Kuid praegu tundub see endiselt tõelise läbimurdena teaduses. Vaadates nende hiiglaslike masinate võimalusi, taasesitades keerulisi detaile ja kujundusi, hämmastab teid tahes-tahtmata. Mõnikord tundub isegi, et kõik, mis toimub, on järjekordse futuristliku filmi süžee. Kuid see pole nii, lisatehnoloogiad on olemas ja arenevad. Me näeme marsil kuuenda majanduskorra tõelist revolutsiooni. Ilmselt on see inimkonna teaduse arengu järgmine etapp ja selliste tootmismeetodite taga on suur tulevik.