Аддитивное производство и 3D-печать: что нужно знать в первую очередь

Что такое аддитивное производство | Процессы | Технологии 3D-печати | Расходные материалы | Сферы применения | Аддитивное производство в России

Аддитивное производство – процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей, как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки. В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы.

В этой динамически развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. 3D-печать, согласно стандарту ISO/ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины «аддитивное производство» и «3D-печать» означают одно и то же.

«Аддитивное производство» (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание «3D-печать» более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии стартапов, инвесторов и других сообществ. 

Одно из преимуществ аддитивных технологий – возможность создания объектов сложной формы и структуры с высокой точностью

Процессы

К аддитивному производству (АП) относятся семь различных процессов. Изделия можно создавать послойно путем:

• экструзии,
• разбрызгивания (струйного напыления),
• УФ-отверждения,
• ламинирования,
• сплавления материалов.

Технологии 3D-печати

Современные FDM-установки, такие как IEMAI 3D, позволяют печатать цельные крупногабаритные изделия до 1,5 м

Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:

• SLM (Selective Laser Melting) – селективное лазерное плавление металлического порошка по математическим CAD-моделям при помощи иттербиевого лазера;
• FDM (Fused Deposition Modeling) – метод послойного наплавления с использованием пластиковой нити или гранул;
• SLA (Laser Stereolithography) – лазерная стереолитография, основана на послойном отверждении жидкого материала под действием лазера;
• DLP (Digital Light Processing) – метод стереолитографической 3D‑печати, использующий цифровые светодиодные проекторы;
• LCD (Liquid Crystal Display) – еще одна разновидность фотополимерной печати, когда засветка фотополимерной смолы осуществляется светодиодной УФ-матрицей через маску ЖК‑экрана;
  
• SLS (Selective Laser Sintering) – селективное лазерное спекание под лучами лазера частиц порошкообразного материала до образования физического объекта по заданной CAD-модели;
• Binder Jetting – послойное склеивание композитного порошка (песок, полимер, металл и др.) связующим веществом;
• MJP (MultiJet Printing) – многоструйное моделирование с помощью фотополимера или воска;
• CJP (ColorJet Printing) – технология полноцветной 3D-печати путем склеивания специального порошка на основе гипса.

Расходные материалы

Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:

• термопластики в виде нитей или гранул;
• УФ- и фотоотверждаемые жидкие фотополимеры; 
• керамонаполненные жидкие фотополимеры;
• полистирол в виде порошка;
• стеклонаполненные, угленаполненные и металлонаполненные полиамиды в виде порошка;
• воск;
• гипсовый порошок;
• песок в виде порошка;
• металлические сплавы в виде порошка и др.

Сферы применения аддитивных технологий

Аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Принцип действия аддитивных установок основан на построении тонких горизонтальных слоев из 3D-моделей, созданных с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) и 3D-сканеров.

Проектные и производственные предприятия используют АП для изготовления изделий потребительского, промышленного, медицинского и военного назначения, и это далеко не все. Камеры, мобильные телефоны, детали двигателей, внутренняя отделка автомобилей, детали и узлы самолетов, станки и медицинские имплантаты — лишь начало обширнейшего списка продуктов аддитивного производства.

АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации 3D-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки. 

3D-печать активно используется в авиакосмической, автомобильной, нефтегазовой промышленности, в судостроении, медицине, ювелирном деле и многих других отраслях

3D-печать активно используется для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки.

3D-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, прямое производство станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы.

Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства; в будущем их роль будет все больше возрастать.

Аддитивное производство в России

В лаборатории аддитивных технологий Самарского университета выполняются уникальные проекты 3D-печати металлами на установке SLM Solutions / Фото: Екатерина Винокурова

В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным Роснано, около 30% в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению 3D-решений на отдельных участках технологического цикла.

Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет – пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, эксперты отрасли утверждают, что в недалеком будущем аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии.

Хотите узнать больше о 3D-технологиях? Подписывайтесь на наш блог и получите консультацию у экспертов iQB Technologies: +7 (495) 223-02-06. 

Статья опубликована 16.08.2017 , обновлена 09.09.2024