Суть и преимущества аддитивных технологий и производства

Развитие промышленного производства в современном мире не может обойтись без применения новых технологий. Их использование - не модный тренд, а необходимость, так как только так можно обеспечить выпуск относительно дешевой, качественной и надежной продукции. В ряде случаев новые технологии могут внести существенные улучшения даже в традиционное производство. Именно это свойственно для так называемых аддитивных технологий. 

Что подразумевается под термином “аддитивные технологии”?

Под аддитивными технологиями понимается процесс изготовления изделий на основе компьютерных 3D-моделей. Построение проиходит послойно, постепенно, из-за чего часто такой процесс называют выращиванием. Это обстоятельство существенно отличает аддитивные технологии от традиционных, которые подразумевали процесс, напоминающий работу скульптора, когда от заготовки отсекали лишний материал или изменяли ее геометрические параматеры. 

Использование аддитивных технологий радикально меняет сам процесс производства, так как будущее изделие “выращивается” из расходного материала. При этому процедура построения может быть любой: сверху вниз или снизу вверх. Использование же различных по своим свойствам и составу материалов и соответствующих технологий позволяет получать модели с разными физическими характеристиками и возможностями. 

Если попытаться отобразить процесс аддитивного производства, то получится примерно следующая схема:

Полимерные материалы стали первым видом расходника, с которым могло работать первое поколение аддитивных систем. Но со временем новые технологии позволили применять в 3D-принтерах широкую гамму различных материалов: инженерных пластиков, композитных порошков, металлы и сплавы, керамику и песок. Появление новых технологий и материалов позволило расширить и сферы применения аддитивных технологий. Сегодня их применение можно увидеть в аэрокосмической и автомобильной промышленности, электронике и медицине, науке и образовании, а также многих других сферах.

Какими преимуществами обладают аддитивные технологии?

• Уникальные характеристики получаемой продукции. Послойное выращивание позволяет получить изделие с улучшенными свойствами. В качестве примера можно привести изделия, которые получают на металлических принтерах. По своим характеристикам и качеству такие детали оказались намного лучше, чем их аналоги, создаваемые по традиционным технологим: литья или обработки.
• Значительная экономия расходных материалов и низкая себестоимость. Традиционные методы производства часто очень затратны, а потери расходных материалов могут достигать 80% и даже больше. В отличие от традиционных технологий аддитивные намного более экономичны, так как программное обеспечение оборудования точно рассчитывает количество потребляемых материалов. 
• Аддитивные технологии позволяют выпускать изделия со сложной геометрией. Традиционные методы, например, литье или штамповка, не позволяют изготавливать очень сложные с точки зрения геометрии изделия. Если нужно получить детали для систем охлаждения с сетчатой конструкцией, то традиционными способами этого не добиться. Зато промышленные принтеры позволяют выращивать модели практически любой степени сложности.
• Мобильное производство и быстрый обмен данных. Аддитивные технологии используют компьютерные модели будущих изделий, которые можно за короткое время передать не только в разработку, но и переслать коллегам на другом конце мира. Это не требует наличия традиционных чертежей, габаритных моделей и т.п. Производство можно запускать в самые короткие сроки.

На схеме представлены основные различия между традиционным и аддитивным производством:

Технологии и материалы для аддитивного производства

Аддитивное производство подразумевает разработку CAD-модели на компьютере, а затем ее выращивание на специальном оборудовании -  3D-принтерах. Сегодня такой способ производства рассматривается в качестве инновационного по сравнению с привычными всем традиционными методами.

Какие технологии аддитивного производство существуют сегодня? 

• Послойное выращивание изделия из пластиковой нити, или FDM (Fused deposition modeling). Такой метод принадлежит к числу самых распространненных в сфере 3D-печати. Причем, эту технологию можно встретить на миллионах современных принтеров, включая не только домашние, но и промышленные. Расходными материалами для  FDM-принтеров являются различные виды пластиков, особенно ABS. При этом, получаемые изделия могут служить в качестве прототипов, пробных моделей, а также готовых изделий, обладающих гибкостью и высокой прочностью. Среди самых известных производителей принтеров, работающих с пластиками, можно отметить американскую компанию Stratasys.
• Селективное (выборочное) лазерное сплавление металлических порошков, или SLM (Selective laser melting). Также один из самых популярных методов 3D-печати. Как уже говорилось ранее, такая технология превосходит традиционные и позволяет получить уникальные по своим характеристиками изделия из металла, обладающие также сложной геометрией. Среди крупнейших производителей принтеров такого типа можно отметить немецкие фирмы SLM Solutions и Realizer. 
• Селективное (выборочное) лазерное спекание полимерных порошков, или SLS (Selective laser sintering). Метод помогает изготавливать модели, обладающие разнообразными физическими характеристиками: повышенной прочностью, гибкостью, термостойкостью и др. Одним из лучших производителей принтеров на основе такой технологии является американская компания 3D Systems. 
• Лазерная стереолитография, или SLA (Stereolithography). В процессе обработки фотополимеров лазером исходный материал отвердевает, что позволяет получить очень детальные и высококачественные изделия с самыми разными свойствами. Лидером в данной нише принтеров является американская компания 3D Systems. 

Кроме вышеупомянутых можно также отдельно рассмотреть несколько методик, разработанных для быстрого прототипирования. В данном случае речь идет о технологиях 3D-печати, которые служат для создания различных мастер-моделей и образцов.

• Многоструйное моделирование, или MJM (Multi-jet Modeling). Для данной технологии расходными материалами служат фотополимеры и воск. С помощью этого метода можно получить мастер-модели и прототипы. Технология широко применяется в принтерах линейки ProJet, поставляемых компанией 3D Systems.
• Отвердевание жидкого полимера под воздействием УФ-излучения, или PolyJet. Данный метод также является эффективным способом получения мастер-моделей и прототипов. Он используется в принтерах Objet американской фирмы Stratasys. 
• Послойное распределение клеящего вещества, или CJP (Color jet printing). Технология использует в качестве расходника порошковый гипсовый материал и задействована в принтерах линейки ProJet x60 компании 3D Systems. С помощью этого метода можно получать полноцветные модели и прототипы, а также дизайнерские изделия, сувениры и архитектурные макеты.

Развитие аддитивных технологий в России

В России также все активнее применяют в производстве и научных исследованиях аддитивные технологии. Многие уже на практике убедились, что такое оборудование при правильном его применении помогает добиться высоких результатом, снизить себестоимость продукции без потери качества и решать более сложные проблемы.

Видеообзор