Новые технологии и РИД

Аддитивные технологии

Аддитивные технологии (от англ. add – добавлять) — класс перспективных технологий кастомизированного (персонализированного) производства деталей сложной формы по трехмерной компьютерной модели путем последовательного нанесения (добавления) материала.

3D-печать — это разговорное название аддитивных технологий, которые являются частью нового типа производства (производство объектов путем нанесения материала печатающей головкой, соплом или иной технологией печати).

3D-принтер — машина для 3D-печати.

Чтобы лучше понять суть этого метода, необходимо иметь представление о том, что существует два главных способа производить что-либо.

Первый — при помощи механической обработки, постепенно избавляясь от всего лишнего: отрезая, отбивая, высверливая.

Второй — аддитивный, постепенное добавляя материал и наращивая необходимую форму.

Таким образом, аддитивное производство — это процесс соединения материала для изготовления деталей из электронной геометрической модели, обычно слой за слоем, противоположность вычитающему производству (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литье, штамповка).

Классификация аддитивных технологий:

  • по применяемым строительным или модельным материалам (жидкие, сыпучие, полимерные, металлопорошковые и т. д.);
  • по наличию или отсутствию лазера;
  • по методам подвода энергии для фиксации слоя построения (с помощью теплового воздействия, облучения ультрафиолетовым или видимым светом, посредством связующего состава и т. д.);
  • по методам формирования слоя.

Аддитивные технологии позволяют:

  • создавать кастомизированные изделия, в т.ч. сложных форм;
  • существенно сокращать время на разработку и создание прототипа;
  • повышать качество продукции с одновременным снижением производственных затрат;
  • минимизировать экологические риски, связанные с производством;
  • снижать расходы материалов, необходимых для создания продукции.

История аддитивных технологий и их развитие в мире и РФ

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.

В 22 странах созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GAPRA (Global Alliance of Rapid Prototyping Associations).

В 2015 году при Минпромторге РФ образован НТС по развитию аддитивных технологий с целью модернизации экономики и инновационного развития отечественной промышленности, также создана специальная межведомственная рабочая группа по разработке Дорожной карты развития аддитивных технологий в РФ.

В феврале 2017 года Президиум Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию РФ одобрил дорожную карту «Технет» Национальной технологической инициативы.

Дорожная карта охватывает развитие передовых производственных технологий:

  • цифровое проектирование и моделирование;
  • разработка и создание материалов нового поколения;
  • аддитивные технологии;
  • робототехнику;
  • промышленную сенсорику;
  • Индустриальный Интернет;
  • большие данные (Big Data);
  • информационные системы управления производством и предприятием;
  • технологии виртуальной и дополненной реальности;
  • искусственный интеллект.

Аддитивные технологии сегодня

В 2017 году Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) утвердило первые национальные стандарты в области аддитивных технологий. Они разработаны техническим комитетом по стандартизации «182 Аддитивные технологии» совместно с ГК «Росатом».

В состав комитета ТК 182 входят 58 организаций. Секретариат ТК сформирован на базе ФГУП «ВИАМ».

Необходимо отметить, что до этого на практике использовались исключительно международные стандарты, что значительно усложняло работу предприятий.

На смену ISO/ASTM 52900:2015 «Additive manufacturing – General principles – Terminology» пришел ГОСТ Р «Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения», который устанавливает базовые термины и определения и служит основой для понимания фундаментальных принципов аддитивного производства.

Второй стандарт, ГОСТ Р «Материалы для аддитивных технологических процессов. Методы контроля и испытаний» не имеет международных и региональных аналогов. Проект разработан с учетом задач и соблюдением принципов и правил проведения работ по стандартизации именно в Российской Федерации. Он устанавливает методы контроля и испытаний сырья в виде металлических порошковых композиций, используемых при аддитивном производстве. Представленные методы позволяют проводить всестороннюю оценку качества порошковых композиций, применяемых при аддитивном производстве, с помощью процессов прямого подвода энергии и материала различных поставщиков для определения соответствия качества порошков требованиям нормативной документации (технических условий, сертификата качества и т.д.), а также применимости для изготовления требуемых деталей в условиях конкретного аддитивного производства.

Новые ГОСТы будут введены в действие с 1 декабря 2017 года.

Исторически быстрое прототипирование было первым значительным успешным применением аддитивного производства, и, поэтому, обычно использовалось как основной термин для этого типа производства.

Термин Rapid Prototyping или «быстрое прототипирование» рекомендовано изъять из обращения, как утративший смысл современных аддитивных технологий.

Возможности применения аддитивных технологий в настоящее время существенно расширяются:  от быстрого прототипирования, когда выращивается прототип, из которого делается форма (изготовление моделей, макетов на 3D-принтерах) до аддитивных технологий для непосредственного выращивания изделий (производство конечных и серийных продуктов).

Технологии аддитивного производства

1. Технологии послойного выращивания

Наиболее используемые «металлические» аддитивные технологии:

  • SLS-технология (Selective Laser Sintering) — селективное лазерное спекание полимерных порошков;
  • SLМ-технология (Selective Laser Melting) — селективное лазерное сплавление металлических порошков.

Материал для данных технологий приготавливается в виде порошков, из которых создаются тонкие слои.

В тонких слоях, там, где нужно, материал расплавляется либо просто нагревается, чтобы новый слой приплавился либо припекся к старому. Потом обработанный слой покрывается новым слоем порошка, и процесс повторяется.

Области применения:

  • концептуальное моделирование;
  • проверка собираемости и функциональности;
  • использование в литейном производстве;
  • быстрое производство небольших, экономически выгодных партий.

2. Технология прямого лазерного выращивания

Изделие формируется из металлического порошка, подаваемого сжатой газопорошковой струей в зону лазерного воздействия, обеспечивающего нагрев и частичное плавление порошка и подогрев подложки.

Контролируемое оплавление частиц порошка обеспечивает формирование мелкозернистой структуры металла, реализуются принципы гетерофазной порошковой металлургии.

Области применения:

  • двигателестроение;
  • судостроение;
  • энергетическое и транспортное машиностроение;
  • ракетно-космическая отрасль;
  • авиастроение;
  • медицина.

Оцените материал:
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
(0)

Материалы по данной теме

Новые технологии и РИД

29.09.2017

Новые технологические направления могут быть результатом интеллектуальной деятельности различных областей знаний, что ведёт к созданию новых перспективных технологий и направлений. Примерами таких областей являются методы адаптивного управления, теории управления и методы распознавания речи и изображений и тому подобное.

Вверх