Аддитивные технологии

Аддитивные технологии, или 3D-печать, представляют собой инновационный метод производства, позволяющий создавать объекты послойным добавлением материала. Эти технологии применяются в различных отраслях, включая медицину и автомобилестроение, открывая новые возможности для дизайна и производства. В статье мы рассмотрим аддитивные технологии, их историю и области применения, чтобы помочь читателям понять их значение и потенциал.

Сущность

Аддитивные технологии представляют собой область цифровой промышленности и описывают процесс создания изделий и различных продуктов, основанный на наращивании слоев объекта с использованием компьютерных систем для 3D-печати. Какие же материалы используются в этом процессе? Чаще всего это воск, металлические и гипсовые порошки, полистирол (бесцветный и стеклообразный полимер, напоминающий пластик), полиамиды (различные виды пластмасс), а также жидкие фотополимеры (материалы, которые затвердевают под воздействием света, чаще всего ультрафиолетового) и другие.

Эксперты в области аддитивных технологий отмечают, что эти инновационные методы производства открывают новые горизонты для различных отраслей. Они подчеркивают, что 3D-печать позволяет значительно сократить время разработки и снизить затраты на производство сложных деталей. Особенно это актуально в аэрокосмической и медицинской сферах, где требуется высокая степень точности и индивидуализация продукции.

Кроме того, специалисты указывают на экологические преимущества аддитивных технологий, так как они способствуют уменьшению отходов и более рациональному использованию материалов. Однако, несмотря на все плюсы, эксперты предупреждают о необходимости дальнейших исследований в области материаловедения и стандартов качества, чтобы обеспечить безопасность и надежность аддитивно изготовленных изделий. В целом, аддитивные технологии представляют собой мощный инструмент, способный трансформировать традиционные производственные процессы.

Что такое 3D печать? Как работает 3д принтер? Основы аддитивных технологии от 3DTool

Возникновение: как это было

История аддитивных устройств началась в 1986 году, когда один из представителей компании «Ultraviolet Products» по имени Чарльз Халл (ныне исполнительный вице-президент и главный технический директор собственной организации «3D Systems») сконструировал первый в мире стереолитографический принтер для трехмерной печати. Механизм был произведен главным образом для обеспечения оборонного комплекса США своевременными поставками. Халл обратил внимание на то, что для создания отдельных деталей и их последующей сборки требуется большое количество времени и сил. Поэтому он решил не только прибегнуть к помощи ультрафиолетового излучения, но и осуществить задуманное максимально рационально. Так, мужчина сначала наложил друг на друга несколько тысяч слоев пластика, а уже потом закрепил их одной ультрафиолетовой обработкой.

Позднее Чарльз покинул обанкротившуюся фирму «UVP», но останавливаться на разработке собственного детища не пожелал, – он запатентовал техническое изобретение в 1983 году и лично основал компанию, которая затем разрослась до масштабов настоящей корпорации. Сегодня «3D Systems» является одним из ключевых участников рынка принтеров, изделий и программного софта для создания объемной продукции.

Последующее развитие аддитивные технологии получили благодаря товарищам-студентам из Массачусетского технологического института. В 1993 году Джим Бредт и Тим Андерсон решили качественно дополнить уже существующие наработки собственными идеями, а потому взяли и модифицировали обычный 2D принтер в устройство для 3D печати. В модернизированном устройстве применялись не листы бумаги, а похожий на клей специальный жидкий состав, который разбрызгивался по тонким слоям основного наполнителя (полимерного, металлического или гипсового порошка) и затвердевал. Бредт и Андерсон подарили AF мировую известность, ведь сделали их более ходовыми и универсальными. В 1995 году друзья организовали собственную организацию «Z Corporation», успехи которой не остались без внимания «3D Systems», – в 2012 году она приобрела более мелкую, но не менее перспективную компанию, и их передовые проекты начали выходить в свет под общим логотипом.

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов об аддитивных технологиях:

1. 3D-печать в медицине: Аддитивные технологии активно используются в медицине для создания индивидуальных имплантатов и протезов. Например, с помощью 3D-печати можно изготовить точные копии органов, что позволяет врачам лучше планировать операции и даже тестировать хирургические методы на моделях, созданных из биосовместимых материалов.

2. Строительство зданий: Аддитивные технологии находят применение и в строительстве. Существуют 3D-принтеры, способные печатать целые дома из бетона. Это позволяет значительно сократить время и затраты на строительство, а также уменьшить количество отходов, так как материал используется более эффективно.

3. Экологические преимущества: Аддитивные технологии могут способствовать более устойчивому производству. Печать объектов по слоям позволяет использовать только необходимое количество материала, что снижает уровень отходов. Кроме того, некоторые компании разрабатывают 3D-принтеры, которые могут использовать переработанные материалы, что дополнительно уменьшает негативное воздействие на окружающую среду.

3D печать – Обзор аддитивных технологий

Назначение и применение

Все это свидетельствует о начале новой эпохи, которая принесла значительные изменения в различные производственные области и упростила организационные процессы! Например, в автомобильной отрасли значительно ускорился процесс разработки прототипов, так как почти все компоненты, от мощных двигателей до простых кнопок и рычагов, начали изготавливаться с полным или частичным использованием технологии 3D-печати.

Кроме того, компании стали значительно экономить, поскольку теперь производство:

• больше не требует такого разнообразия инструментов, как раньше;
• может осуществляться с меньшим числом сотрудников. На самом деле, для качественного создания детали достаточно 1-2 инженеров. Главное, что от них требуется – это глубокие и всесторонние знания в области проектирования и дизайна технических конструкций, а также понимание особенностей работы с аддитивными установками.

Подобные принтеры активно используются и в медицине! Это может показаться удивительным, но даже на современном этапе трехмерные изделия применяются как заменяющие и реконструирующие элементы, например, в челюстно-лицевой хирургии. В марте 2018 года в Манчестере открылась клиника, специализирующаяся на производстве стержней, протезов и пластин с помощью 3D-принтеров, которые заполняются пластиковыми или металлическими смесями. Несмотря на то, что одна установка модели «PolyJet» обошлась больнице в $42,000, по расчетам руководства, инвестиции в собственную лабораторию объемной печати окупятся быстрее, чем постоянные обращения к посредникам. Сотрудники клиники прогнозируют, что уже через 5 лет такие центры станут обязательными в лечебных и реабилитационных учреждениях, особенно если они занимаются онкологическими, ортопедическими, неврологическими и ревматологическими заболеваниями.

Интересный факт! Аддитивные технологии также используются для создания искусственных конечностей.

Пробная программа, начатая в 2017 году в столице Иордании, продолжает развиваться и демонстрирует положительные результаты. В Аммане проводится лечение людей, бежавших от военных конфликтов в Сирии, Йемене и Ираке. Так, уже 5 добровольцев получили «напечатанные» протезы, которые, во-первых, обошлись им значительно дешевле обычных (около $20 против сотен долларов), и, во-вторых, были изготовлены с учетом индивидуальных особенностей и параметров их тел.

Аддитивные технологии проникают и в другие области: архитектура, авиастроение, производство спортивного оборудования и товаров для детей… Спектр их применения расширяется, а эксперты единодушно предсказывают этому направлению светлое и перспективное будущее с притоком инвестиций, ростом спроса на квалифицированную рабочую силу и увеличением зарплат.

Подробнее о некоторых типах АТ

Не лишним будет упомянуть и о том, как происходит создание объемного продукта в каждом конкретном случае. Самыми популярными методами в аддитивном производстве являются:

1. Fused deposition modeling, FDM – моделирование методом послойного наплавления. Объект конструируется согласно заложенной в программное обеспечение математической цифровой модели из специальной пластиковой нити (лески), которая расплавляется до определенной температуры, а потому становится достаточно гибкой для приобретения нужной формы. Вспомогательные конструкции удаляются вручную или благодаря растворению в специальной жидкости, а готовое изделие либо оставляется в напечатанном виде, либо подвергается пост-обработке (покраска, полировка, шлифовка, склеивание и пр.). Произведенные детали всегда отличаются хорошими характеристиками, такими как износоустойчивость и термостойкость.

2. ColorJetPrinting, CJP. Суть этой продвинутой технологии заключается в использовании композитного порошка на основе гипса и пластика, который не только подвергается послойному склеиванию, но и окрашиванию в самые разные цвета палитры CMYK, включающей до 390 000 оттенков! Пока возможность цветной печати предоставляет исключительно CJP. Кроме этого, данная АТ также делает возможным воспроизведение на поверхности продукции различных текстур в высоком разрешении. Несмотря на среднюю прочность и незначительную шероховатость конечных изделий, ColorJetPrinting, характеризующаяся низкой себестоимостью, активно применяется для создания архитектурных макетов, фигурок людей в миниатюре, презентационных образцов и других наглядных объектов.

3. SelectiveLaserStering, SLS – селективное лазерное спекание. Здесь порошковые материалы (пластики и полиамиды) спекаются лазерным лучом. Такой метод одновременно подходит и для крупных промышленных изделий, и для объектов со сложной геометрией и детальной структурой, и для партий, которые выпускаются за 1 печатную сессию. Технологию SLS нередко путают с SelectiveLaserMelting, или SLM. Разница между ними заключается в том, что в первом случае сплавление оказывается частичным и осуществляется лишь по поверхности частиц, в то время как во втором результат – это получение цельного монолита.

Печать металлом? Легко! Обзор российских аддитивных технологий на «Металлообработка 2024»

Конференции в России

Национальный рынок аддитивных технологий в России пока еще не достиг должного уровня развития. Потенциал этой области остается нераскрытым из-за нехватки квалифицированных специалистов, недостатка необходимых материалов и оборудования, а также отсутствия эффективной государственной поддержки.

Тем не менее, некоторые учреждения прилагают усилия для того, чтобы познакомить российское общество с современными достижениями в области аддитивных технологий. Одной из таких организаций является Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), представители которого ежегодно организуют специализированные конференции, посвященные аддитивным технологиям. На этих мероприятиях выступают как отечественные, так и зарубежные ученые и специалисты из промышленности, заинтересованные в переходе от традиционных методов производства к инновационным подходам. В этом году, 30 марта, состоялась уже четвертая конференция, прошедшая под девизом «Настоящее и будущее». Участие в ней смогли принять те, кто заранее подал заявки.

Будущее аддитивных технологий

Аддитивные технологии, также известные как 3D-печать, продолжают развиваться и находить все более широкое применение в различных отраслях. Будущее этих технологий обещает быть захватывающим, с множеством инновационных решений и новых возможностей, которые могут изменить подход к производству, дизайну и даже логистике.

Одним из ключевых направлений развития аддитивных технологий является улучшение материалов, используемых в процессе печати. В настоящее время исследуются новые полимеры, металлы и композиты, которые обладают уникальными свойствами, такими как высокая прочность, легкость и устойчивость к коррозии. Это позволит создавать более сложные и функциональные изделия, которые могут быть использованы в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях.

Кроме того, интеграция аддитивных технологий с другими передовыми технологиями, такими как искусственный интеллект и Интернет вещей (IoT), открывает новые горизонты. Например, использование ИИ для оптимизации дизайна и процесса печати может значительно сократить время на разработку и повысить качество конечного продукта. IoT, в свою очередь, может обеспечить мониторинг и управление процессом печати в реальном времени, что позволит избежать ошибок и повысить эффективность производства.

Важным аспектом будущего аддитивных технологий является их влияние на устойчивое развитие. Поскольку аддитивные технологии позволяют создавать изделия с минимальными отходами и использовать только необходимые материалы, они могут способствовать снижению негативного воздействия на окружающую среду. Более того, возможность локального производства может уменьшить потребность в транспортировке товаров, что также положительно скажется на экологии.

С точки зрения бизнеса, аддитивные технологии открывают новые модели производства и распределения. Компании могут переходить к более гибким и адаптивным производственным процессам, что позволяет быстрее реагировать на изменения в спросе и индивидуальные потребности клиентов. Это, в свою очередь, может привести к снижению затрат и увеличению конкурентоспособности.

Однако, несмотря на все преимущества, аддитивные технологии также сталкиваются с определенными вызовами. Необходимость в стандартизации процессов и материалов, вопросы интеллектуальной собственности и безопасность данных — все это требует внимания со стороны как производителей, так и регулирующих органов. Решение этих проблем станет важным шагом на пути к широкому внедрению аддитивных технологий в промышленность.

В заключение, будущее аддитивных технологий выглядит многообещающим. С постоянным развитием материалов, интеграцией с новыми технологиями и акцентом на устойчивое развитие, аддитивные технологии могут стать основой для нового этапа в производстве и дизайне, открывая двери для инноваций и улучшения качества жизни.

Вопрос-ответ

Что такое аддитивные технологии?

Описание специальности. Название этой технологии происходит от англоязычного термина Additive Manufacturing, что в буквальном переводе означает «производство через добавление». Аддитивная технология означает метод изготовления путем послойного наращивания сырья.

Что можно сделать с помощью аддитивных технологий?

Современные аддитивные технологии могут использоваться не только для объёмной печати неметаллических изделий, но и для производства металлопродукции, пластика и углеволокна для машиностроения. С помощью послойного формирования материальных объектов удаётся получать элементы практически любой геометрии.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные принципы аддитивных технологий, такие как 3D-печать, лазерная синтеризация и стереолитография. Понимание этих процессов поможет вам лучше оценить их возможности и ограничения в различных отраслях.

СОВЕТ №2

Определите, какие материалы подходят для ваших проектов. Разные аддитивные технологии используют различные типы материалов, включая пластики, металлы и композиты. Выбор правильного материала может существенно повлиять на качество и функциональность конечного продукта.

СОВЕТ №3

Экспериментируйте с дизайном. Аддитивные технологии позволяют создавать сложные геометрические формы, которые невозможно изготовить традиционными методами. Используйте это преимущество для разработки инновационных решений и улучшения функциональности ваших изделий.

СОВЕТ №4

Следите за новыми тенденциями и исследованиями в области аддитивных технологий. Эта сфера быстро развивается, и новые методы, материалы и приложения появляются постоянно. Подписывайтесь на специализированные журналы и участвуйте в конференциях, чтобы быть в курсе последних достижений.