Презентация Аддитивные технологии

Аддитивные технологии

Аддитивные технологии (AF – Additive Manufacturing), или технологии послойного синтеза, сегодня одно из наиболее динамично развивающихся за рубежом направлений «цифрового» производства. Данные технологии объединяет одно обстоятельство: построение детали происходит путем добавления материала (от англ. аdd – "добавлять") в отличие от традиционных технологий, где создание детали происходит путем удаления "лишнего" материала.

«The process of joining materials to make objects from 3D model data, usually layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing technologies»

ASTM F2792-12a (American Society for Testing and Materials)

Процент внутреннего заполнения

Сравнение технологий получений готовых изделий

Традиционное производство

Литейное производство

Чертёж

Заготовит. производство

Техноло- гия

Подготовка производства

Модельная оснастка

Механическая обработка

Технологич. оснастка

Сборка

Изделие

Спец. инструмент

Прямое цифровое производство

Операции послойного синтеза

Сборка

3D-модель

Изделие

(аддитивный процесс)

Значительно сокращается длительность производственного процесса, а соответственно и уменьшается его стоимость.

Классификация аддитивных технологий по ASTM :

1. Material extrusion – «выдавливание материала»

2. Material etting – «разбрызгивание материала» «струйные технологии»

3. Binder jetting – «разбрызгивание связующего»;

4. Sheet lamination – «соединение листовых материалов»;

5. Vat photopolymerization – «фотополимеризация в ванне»;

6. Powder bed fusion – «расплавление материала в заранее сформированном слое»;

7. Directed energy deposition «прямой подвод энергии непосредственно в место

построения».

3D-печать — это разговорное название аддитивных технологий, которые являются частью нового типа производства.

Ранее эти технологии еще называли «технологиями быстрого прототипирования», но так как изготовление моделей и макетов на 3D-принтерах превратилось в создание конечных и серийных продуктов, использовать термином «прототип» нельзя.

Помимо медицины, в частности хирургии и протезирования, особенно быстро эти технологии развиваются в инструментальной промышленности, аэрокосмической отрасли, военно-промышленном комплексе США и Западной Европы.

Классификация 3D печати

1. FDM (Fused Deposition Manufacturing) – послойное наложение расплавленной полимерной нити

Материалы для 3D печати

ABS - ударопрочный материал, относящийся к инженерным пластикам. Обладает высокой прочностью и износостойкостью . Самый популярный и универсальный материал используемый в 3D печати. Подходит для изготовления функциональных деталей, сувениров, посуды, детских игрушек.

PLA - биоразлагаемый, биосовместимый, термопластичный материал. Сырьем для производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник. Используется для производства изделий с коротким сроком службы : пищевая упаковка, одноразовая посуда, пакеты, различная тара.

Nylon - обладает повышенной прочность на разрыв и гибкостью. Его отличительными особенностями является: хорошее соединение с поверхностью, высокая водонепроницаемость, хорошее сопротивлению разрыву и возможность впитывать краску. Модели напечатанные этим материалом имеют натурально белый цвет с прозрачной поверхностью. Пластик также легко можно окрасить, как до печати, так и после.

LAYWOOD -композитный материал на 40% состоящий из натурального дерева и безопасного связующего полимера. После печати он выглядит как изделие из дерева, пахнет деревом и приятен на ощупь, кроме того вы можете резать, шлифовать и разрисовывать свои изделия так же как вы можете это делать с любыми деревянными объектами.

PET (полиэтилентерефталат) -бесцветная нить с очень высоким уровнем прозрачности. Материал легкий и ударопрочный. Поможет Вам создать уникальные модели — прозрачные, как стекло.

Laybrick - полимер с эффектом песчаника для 3D печати

Сравнение материалов для FDM

Классификация 3D печати

2. Polyjet - фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемого девайса под воздействием УФ излучения.

Классификация 3D печати

3. LENS (LASER ENGINEERED NET SHAPING) - материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь 

Классификация 3D печати

4. LOM (laminated object manufacturing) – Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект.

Классификация 3D печати

5. 3DP (three dimensional printing) – На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс)

Классификация 3D печати

6. SLA (Stereolithography) – есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется.

Классификация 3D печати

7. LS (laser sintering) – похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером

Селективное лазерное спекание – SLS-технология (Selective Laser Sintering), SelectiveLaserMelting) – одно из важнейших направление аддитивных технологий. Лазерное объемное формообразование металлических материалов является интенсивно развивающимся методом изготовления новых изделий особо сложной формы и является во многих случаях единственной альтернативой традиционным методам изготовления деталей литьем или на станках с ЧПУ.

Применение лазерной технологии

Процесс лазерного селективного спекания состоит в нагреве и последующем спекании тонкого слоя порошка лазерным излучением.

Лазерные технологии создания 3-х мерных конструкционных материалов и изделий сложной формы относятся к области порошковой металлургии.

Эти технологии, используя процессы объемного формообразования (спекания) металлических порошков под действием лазерного излучения, позволяют за один технологический цикл создать изделия практически любой формы и степени сложности. Процесс является преимущественно безотходным.

Метод лазерного селективного спекания

Трехмерная модель

Процесс формирования изделия

Готовое изделие

Оцифровка сканером ModelMaker и

результат сканирования в виде CAD-модели

Установка СЛС

С помощью порошка формируют слой, а затем в этом слое выборочно отверждают строительный материал при неизменной плоскости построения, причем часть «строительного» материала остается в созданном слое нетронутой.

Типовая схема процесса лазерного спекания

История появления аддитивных технологий

Родоначальником аддитивных технологий принято считать Чарльза Халла, который в 1986 году запатентовал стереолитографию. В этом же году он основал компанию 3D Systems и разработал первый 3D-принтер Stereolithography Apparatus. В 1988 году, компания начала первое серийное производство 3D-принтеров SLA-250.

Второй вехой развития стало создание в 1988 году технологии послойного наплавления FDМ Скоттом Крампом и основание им же компании Stratasys.

Изначально термина «3D-печать» не существовало, и инновационные технологии назывались «быстрое прототипирование». Новый термин появился в 1995 году благодаря двум студентам Массачусетского технологического института – Джиму Бредту и Тиму Андерсону. Они перестроили струйный принтер так, чтобы он делал объемное изображение в специальной емкости, после чего запатентовали идею и открыли компанию Z Corporation.

Широкое распространение цифровых технологий в области проектирования (CAD), моделирования и расчетов (CAE) и механообработки (CAM) стимулировало взрывной характер развития технологий

Преимущества аддитивных технологий

Значительная экономия средств при запуске производства (данные, необходимые для запуска производства, могут храниться в цифровом виде, и воспроизводится без материальных затрат.

Возможность внести поправки на любом этапе скорректировать CAD-файл.

Быстрая адаптация к постоянно меняющимся условиям на рынке - размер партии можно легко поменять в любую минуту в зависимости от повышения или снижения спроса.

Кастомизация производственной линии - аддитивные технологии позволяют печатать партии, в которых каждый предмет немного отличается от предыдущего, что позволяет создавать производственные линии персонализированных товаров

Доступность и отсутствие привычных ограничений

Проблема применения лазерных технологий в России

Технологии СЛС активно развиваются в последние годы в технологически развитых странах. Несмотря на значительный опыт, теоретический и экспериментальный, в России на сегодня практически не имеется промышленных технологий и оборудования в области СЛС.

В России практически отсутствует оборудование ведущих производителей и используются в основном устаревшие установки на основе CO 2 -лазеров с низкой мощностью. Иностранные производители предлагают только базовые технологии со строго фиксированными температурно-скоростными параметрами и четко определенными видами используемых исходных материалов – также производимыми только у них.

Таким образом, применение современного лазерного оборудования требует разработки новых технологий для получения сложнопрофильных заготовок и деталей изделий РКТ из многокомпонентных отечественных сплавов на основе никеля и титана.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!