аддитивного оборудования что это

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

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.

Процессы

Технологии 3D-печати

Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:

Расходные материалы

Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:

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.

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 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 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) 269-62-22.

Источник

Аддитивные технологии и аддитивное производство

Применение новых технологий — главный тренд последних лет в любой сфере промышленного производства. Каждое предприятие в России и мире стремиться создавать более дешевую, надежную и качественную продукцию, использую самые совершенные методы и материалы. Использование аддитивных технологий — один из ярчайших примеров того, как новые разработки и оборудование могут существенно улучшать традиционное производство.

Что такое аддитивные технологии?

Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на основе компьютерной 3D-модели. Такой процесс создания объекта также называют «выращиванием» из-за постепенности изготовления. Если при традиционном производстве в начале мы имеем заготовку, от которой оптом отсекаем все лишнее, либо деформируем ее, то в случае с аддитивными технологиями из ничего (а точнее, из аморфного расходного материала) выстраивается новое изделие. В зависимости от технологии, объект может строиться снизу-вверх или наоборот, получать различные свойства.

Общую схему аддитивного производства можно изобразить в виде следующей последовательности:

Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня 3D-принтеры, олицетворяющие аддитивное производство, способны работать не только с ними, но и с инженерными пластиками, композитными порошками, различными типами металлов, керамикой, песком. Аддитивные технологии активно используются в машиностроении, промышленности, науке, образовании, проектировании, медицине, литейном производстве и многих других сферах.

Наглядные примеры того, как аддитивные технологии применяются в промышленности — опыт BMW и General Electric:

Преимущества аддитивных технологий

Схематично различия в традиционном и аддитивном производстве можно изобразить следующей схемой:

Аддитивное производство: технологии и материалы

Под аддитивным производством понимают процесс выращивания изделий на 3D-принтере по CAD-модели. Этот процесс считается инновационным и противопоставляется традиционным способам промышленного производства.

Сегодня можно выделить следующие технологии аддитивного производства:

В отдельную категорию стоит вынести технологии быстрого прототипирования. Это способы 3D-печати, предназначенные для получения образцов для визуальной оценки, тестирования или мастер-моделей для создания литейных форм.

Аддитивные технологии в России

Отечественные предприятия с каждым годом все более активно используют системы 3D-печати в производственных и научных целях. Оборудование для аддитивного производства, грамотно встроенное в производственную цепочку, позволяет не только сократить издержки и сэкономить время, но и начать выполнять более сложные задачи.

Компания Globatek.3D с 2010 года занимается поставкой в Россию новейших систем 3D-печати и 3D-сканирования. Оборудование, установленное нашими специалистами, работает в крупнейших университетах (МГТУ им. Баумана, МИФИ, МИСИС, Приволжском, СГАУ и других) и промышленных предприятиях, учреждениях ВПК и аэрокосмической отрасли.

Репортаж телеканала «Россия» об использовании SLM 280HL, установленном специалистами Globatek.3D в Самарском государственном аэрокосмическом университете:

Специалисты GLobatek.3D помогают профессионалам из различных областей подобрать 3D-оборудование, которое будет максимально эффективно решать задачи, стоящие перед предприятием. Если ваша компания планирует приобрести оборудование для аддитивного производства, позвоните по телефону +7 495 646-15-33, и консультанты компании Globatek.3D помогут вам с выбором.

Globatek.3D — 3D-оборудование для профессионалов.

Источник

Оборудование для аддитивных технологий

Развитие технологий аддитивного производства условно разделяют на три основные категории :

Изначально оборудование для аддитивного производства позволяло изготавливать лишь прототипы изделия. Однако сейчас производятся заготовки и готовые изделия, работающие в конечных узлах и устройствах. Дальнейшее развитие должно быть направлено на совершенствование оборудования для обеспечения надёжности и повторяемости свойств изделий, требуемых промышленности. Для этого необходимо проведение следующих работ :

Рынок АП-установок делится на три сегмента :

В настоящее время рынок аддитивных технологий стремительно изменяется. Происходит слияние и поглощение компаний – производителей АМ-машин, возникают новые центры оказания услуг в области AM-технологий, эти центры объединяются в глобальную сеть оказания услуг. С другой стороны, происходит специализация: компании сворачивают бизнес в малодоходной для них области, но развивают направления, где компетенции компании наиболее конкурентоспособны.

Наиболее крупными компаниями-производителями 3D-принтеров являются 3D Systems (работает с большинством технологий и быстро поглощает более мелкие компании) и Stratasys (предлагает оборудование, работающее по технологиям FDM и Polyjet Matrix, а также специальные 3D-принтеры для стоматологических работ, печатающие воском).

Другие крупные производители 3D-принтеров, которые котируются на фондовой бирже: Arcam (выпускает принтеры, работающие по технологии EMB), ExOne (предлагает принтеры, функционирующие по технологии Binder Jetting с использованием силикатов и металлов) и Organovo (специализация — биопечать) .

Ключевыми компаниями в области аддитивных технологий являются:

Новейшие достижения в лазерной технике позволили создать новый класс машин для аддитивного производства, конкурирующих с традиционными технологиями механообработки.

Среди основных производителей профессиональных машин – авторитетных компаний с длительной историей работы на рынке: 3D Systems, США; EOS, Германия; SLM Solution, Германия; Objet Geometries, Израиль; Envisiontec, США-Германия; ExOne, США; Stratasys, США; Voxeljet, Германия.

Новое поколение оборудования стереолитографии (SL) представлено установкой SLA-3500. Эта установка позволяет изготавливать изделия средних размеров с высокой производительностью, благодаря применению сложных узлов, рассчитанных на надежную работу в течение многих лет. Производительность установки SLA-3500 на 53% выше, чем у SLA 250. Камера установки SLA-3500 имеет достаточное пространство для изготовления изделий средних размеров или нескольких изделий одновременно. SLA-3500 снабжена новым твердотельным лазером из Nd:YVO₄, работающим с утроенной частотой, который обеспечивает мощность в рабочей камере не менее 160мВт в течение 5000 часов работы.

Следующая стереолитографическая установка, представленная американской компанией 3D Systems — SLA-5000. В ней использованы все новейшие достижения в области стереолитографии, значительно повышающие скорость построения изделия и обеспечивающие простоту эксплуатации. Скорость построения изделия на SLA-5000 на 35% выше, чем на SLA-500. Установка обеспечивает высокие темпы разработки новых изделий. Максимальные размеры построения изделия SLA-5000 составляют 508х508х584 мм, позволяя изготавливать крупногабаритные конструкции или одновременно несколько одинаковых (различных) изделий.

Большая часть компаний-производителей использует в своих машинах лазер в качестве источника энергии для соединения частиц металлопорошковых композиций: Arcam (Швеция), используется EBM-технология; Concept Laser (Германия); EOS (Германия); Phenix Systems (Франция); Realizes (Германия); Renishaw (Великобритания); SLM Solutions (Германия); Systems (США).

Оборудование для реализации аддитивных технологий Direct Deposition производят POM Group, Optomec, Sciaky (США), Irepa Laser (Франция) и InssTek (Ю. Корея).

Сводная информация, включающая характеристики основных установок, использующих технологию напыления, представлена в табл. 28.

POM (Precision Optical Manufacturing) является разработчиком DMD-технологии и держателем патентов на оригинальные технические решения по лазерным системам и системам управления с обратной связью с одновременным регулированием в режиме реального времени основных параметров построения детали.

Характеристики установок, работающих по технологии DED

Optomec

POM (Trumpf)

Irepa Laser (BeAM)

InssTek

Sciaky

DMG Mori Seiki

Рис. 156. а – DMD-система на базе робота, модель 66R; б – установка DMD 505D

Мощные лазеры обеспечивают высокую производительность – скорость синтеза составляет 24-160 см 3 /ч. Оригинальная система управления позволяет регулировать размер пятна расплава в зависимости от конфигурации элементов строящейся детали: уменьшая размер пятна и, соответственно, подачу материала в зону расплава при проработке тонкостенных элементов и увеличивая – при построении массивных элементов.

Модели LENS 750, LENS MR-7 в базовой версии имеют 3 оси управления, в качестве опции дополнительно может быть установлен поворотный стол, обеспечивающий 4 и 5-ю оси управления. Точность позиционирования 0,25 мм, производительность до 100 г/ч LENS 850-R в базовой версии имеют 5 осей управления и оснащены двумя бункерами по 14 кг. В машинах используются порошки с фракционным составом 36-150 мкм.

Рис. 157. Установка Optomec LENS 850

Оригинальную аддитивную технологию применяет компания Sciaky (США). Компания специализируется на разработке технологий и оборудования для сварки и свои «сварочные» компетенции использовала для создания AТ-машины, в которой построение детали производится методом послойного наваривания материала в расплаве, сформированном не электрической дугой или лазером, а электронным лучом. Компания назвала свою технологию EBDM – Electron Beam Direct Manufacturing («прямое производство посредством электронного луча»).

Рис. 158. Установка Sciaky EBDM

Компанией BeAM, базирующейся во Франции. Эта фирма, основанная в 2012 году, уже получила известность в ряде европейских стран благодаря созданной здесь новой технологии 3D-печати металлических изделий, получившей название CLAD. Этот метод можно использовать как для изготовления различных изделий, так и для ремонта поврежденных деталей, например в аэрокосмической промышленности.

Ранее для 3D-печати металлов использовались технологии прямого лазерного спекания металла (DMLS) и селективного лазерного спекания (SLS), при которых слой металлического порошка расплавлялся с помощью направленного действия мощного лазерного луча. Способ, предложенный BeAM, также состоит в расплавлении частиц металла с помощью лазера, однако для этого не требуется нанесения вещества тонким слоем и его предварительного просеивания.

Французская компания BeAM (Be Additive Manufacturing) работает в тесном сотрудничестве с фирмой Irepa Laser, которая является создателем технологии CLAD, разработанной для нужд аэрокосмической отрасли, и предоставляет современные лазерные технологии (рис. 159).

Рис. 159. Установка MAGIC LF 6000

Стратегический альянс между германским концерном GILDEMEISTER и японской компанией Mori Seiki официально начался в 2009 г.

Рис. 160. Установка InssTek MX-3

После удачного выхода на рынки Германии, Азии, США и Японии DMG и Mori Seiki объединили свои усилия в Европе с 1 апреля 2012 г.

Рис. 161. Гибридный станок LASERTEC 65 3D

Компания SLM Solutions производит установки, работающие по технологии СЛП. Отличительной особенностью установки SLM Solutions 280HL является возможность установки двух лазеров. Один, менее мощный (400 Вт), обладая меньшим диаметром пятна (около 80 мкм) обрабатывает поверхностные области изделия, а также тонкие элементы, а более мощный (1000 Вт), с диаметром пятна около 700 мкм обрабатывает сплошные участки слоя. Также, есть возможность обрабатывать сплошные участки не на каждом слое, а через один или два слоя, обрабатывая только поверхностные области. Это позволяет значительно повысить скорость изготовления изделия.

На установке SLM Solutions 500HL (рис. 162) кроме возможности последовательной обработки лазерами разной мощности существует возможность установки до четырёх отдельных лазерных систем, которые позволяют производить лазерную обработку одновременно четырьмя лазерами. При изготовлении детали возможен подогрев области построения до 500°C. Изготовление детали производится в среде аргона или азота.

Компания Realiser, ранее являвшаяся партнёром SLM Solutions, но в 2010 г. ставшая самостоятельной, выпускает несколько различных установок, работающих по технологии СЛП. Одна из них, SLM 50, отличается своими размерами – она предполагает настольную установку, обладает малой областью построения и подходит для исследовательских целей, либо для изготовления ювелирных или стоматологических изделий.

Рис. 162. Установка SLM Solutions 500HL

Машина SLM 100 обладает рабочей камерой с размерами 125x125x100 мм и лазерным пятном до 20 мкм, что позволяет изготавливать стенки с толщиной до 60 мкм. Установка SLM250 (рис. 163) обладает лазерной системой, позволяющей уменьшить диаметр пятна с 40 мкм до 20 мкм, а нанесение слоя происходит за 4 с.

Рис. 163. Установка Realiser SLM 250

Рис. 164. Установка Renishaw AM250

Поставщики металлопорошковых композиций

В мире существует несколько десятков крупных компаний – производителей металлопорошков по технологиям атомизации (США, Франция, Германия, Швеция, Япония, Китай и др.). Компании приобреют атомайзеры у других компаний или разрабатывают свои собственные конструкции. Большинство компаний не продает свои технологии, даже в качестве лицензий, акцентируя свой бизнес только на производстве порошков. Редким исключением является шведская компания Sandwik Osprey (Швеция), которая в 80-х гг. ХХ в. продала лицензию на технологии атомизации компании ALD Vacuum Technologies (Германия). Сама же Sandwik Osprey, имея оборудование собственной конструкции и «ноу-хау», превратилась в одного их лидеров мирового рынка по производству металлических порошков.

В Европе атомайзеры в качестве товарной продукции производят компании – ALD (Голландия), PSI (Phoenix Scientific Industries Ltd.) и Atomising Systems Ltd. (Великобритания).

Мировой лидер в производстве оборудования для газовой атомизации – компания ALD – в настоящее время входит в группу AMG Advanced Metallurgical Group N.V. В производственной линейке компании – атомайзеры как лабораторного (объем тигля 1,0-2,0 л), так и индустриального назначения с производительностью до 500 кг за одну плавку и более. Лабораторные атомайзеры ALD VIGA 1-B, VIGA 2 (рис. 165, 166) предназначены для получения порошков стали и спецсплавов в основном в исследовательских целях.

Атомайзеры Hermiga 75/3 и Hermiga 75/5 компании PSI предназначены для получения порошков спецсталей и титановых сплавов. Машины отличаются объемом тигля (3 и 5 кг по стали соответственно) и позволяют получать металл в слитках или в виде порошка сферической формы.

Рис. 165. Плавильная камера атомайзера VIGA 2

Рис. 166. Плавильная камера атомайзера EIGA 50. Предоставлено ALD

Атомайзер Hermiga 100/10 VI – лабораторно-исследовательская машина с донным сливом и с аргоновым распылителем для получения порошков спецсталей, титановых сплавов, редкоземельных металлов, пирофорных сплавов, а также заготовок методом spray forming. Машина может также выполнять функцию «поставщика» расходных (строительных) материалов для аддитивных машин, для выращивания изделий (в частности, литейных форм) из металлических порошков. Модель имеет съемный тигель емкостью 10 кг по стали. Дисперсность порошка варьируется от 10 до 100 мкм. Габаритные размеры атомайзера – 5050×5950х5070 мм. Машины PSI имеют в качестве специальной опции возможность атомизации титановых сплавов. Реализация данной опции требует установки дополнительного оборудования, которое существенно увеличивает габариты и стоимость системы.

В линейке оборудования фирмы PSI имеются модели с донным сливом (Hermiga 100/25VI) и модели с поворотным тиглем (Hermiga 100/50V21, Hermiga 120/100 V21, Hermiga 100/200 V21). Эти машины, имеющие емкость тигля по стали соответственно 25, 50, 100 и 200 кг, предназначаются для мало- и среднесерийного производства металлических заготовок и порошков.

Компания Atomising Systems Ltd специализируется на выпуске оборудования для атомизации металлических и неметаллических материалов различными технологиями. В линейке оборудования имеются как лабораторные атомайзеры, позволяющие получать в день 1-5 кг порошка, так и индустриальные установки производительностью более 5 т в день.

Компания Raymor Industries Inc. (Канада) – одна из немногих компаний использует технологию плазменной атомизации сплавов Ti, Co-Cr, а также Mo и Nb, предлагая при этом порошки очень высокого качества в широком диапазоне фракционного состава. Порошки имеют следующую градацию по фракциям: 0-25, 0-45, 45-106, 45-150, 0-250 мкм.

Из числа относительно крупных европейских производителей металлопорошковых композиций, в частности и для AM-машин, можно привести :

TLS Technik GmbH & Co. Spezialpulver KG (Германия): титан и титановые сплавы (включая Titanium Grade 1 ASTM, Titanium Grade 2 ASTM, Titanium Grade 5 ASTM (Ti 6Al 4V), цирконий, алюминий и алюминиевые сплавы, магний, никель и никелевые сплавы, стали, ванадий, редкоземельные металлы, медь, золото и платина.

Wiretec Handels — und Beratungsgesellschaft mbH (Германия) – производство мелкодисперсных кобальтовых порошков d₅₀=2-10 мкм.

Одна из ведущих компаний-производителей порошков широкого спектра Sandwik Osprey выделила отдельную технологическую «нитку» для производства порошков специально для нужд аддитивных технологий.

Возникают фирмы-сателлиты, адаптирующие «серийные», массовые порошки для аддитивных технологий.

Критически важный фактор для внедрения аддитивного производства – аттестация АП-оборудования, которая также является обязательным предварительным условием для сертификации конструкционных узлов. В настоящий момент отмечается неустойчивость характеристик от детали к детали и от установки к установке.

Процесс аттестации технологии для того или иного материала может быть различным, однако некоторые обязательные элементы являются общими :

Источник