Lisäaineista: kuvaus, määrittely ja Sovelluksen ominaisuuksia luokitukset. Lisäaine teknologiat teollisuudessa

3D-tulostus tekniikka otettiin käyttöön vuonna 1986, kun yhtiö 3D Systems kehitti ensimmäiset varsinaiset kirjoitin - stereolitografiakone, joita käytetään laajasti puolustusteollisuuden. Ensimmäinen koneet olivat erittäin kalliita ja materiaalin valinta varten mallien luominen oli rajallinen. Nopea kehitys kolmiulotteinen tulostus alkoi kehittäminen muotoilun teknologiaohjelma (CAD), laskelmat ja simulointi (CAE) ja koneistus (CAM). Ja nykyään se on vaikea löytää alueen tuotannosta, jota ei olisi käytetty 3D-tulostimet :. Käytä niitä täyttää osia Ilma-sukellusveneitä, työkaluja, proteesit ja implantit, korut, jne mahdollisuus on ilmeinen - lisäaineista lähitulevaisuudessa tulee olemaan ensisijainen konepaja teknologian .

Yleisimmät maailman ovat aktiivisesti mukana 3D-kilpa. Joten, vuonna 2012, Yangstoune Ohiossa avasi National Innovaatioinstituutti lisäaineiden valmistuksesta NAMII - ensimmäinen keskus lisäainetta teknologioiden viidentoista tuotettu Yhdysvalloissa. Konekanta instituutti on jo 10 lisäainetta koneita, joista kolme on pisimmällä koneita luoda metalliosia.

Terminologia ja luokittelu

Ydin -lisäaineteknologia on yhdistää materiaaleja luoda tietojen esineitä 3D-mallin kerros kerrokselta. Tämä eroaa tavanomaisia vähentäviä valmistustekniikoita mikä työstö - materiaalin poistamiseksi työkappaleesta.

Lisäaine tekniikka on luokiteltu:

• käytettyjen materiaalien mukaan (neste, hiukkasten, polymeerisen, metalli jauhe);
• läsnäolo laser;
• menetelmällä kiinnittämiseksi kerroksen rakentaminen (terminen vaikutus, säteilyttämällä ultravioletti- valolla tai näkyvällä valolla, sideainekoostumus);
• menetelmällä muodostumisen kerroksen.

On olemassa kaksi tapaa muodostaa kerroksen. Ensimmäinen on se, että ensimmäinen alusta kaadetaan jauhemateriaali, se on osioitu tai telalla veitsi luoda vielä halutun paksuinen kerros materiaalia. Se tapahtuu laserilla jauheen käsittely tai muuta menetelmää jauhehiukkasten yhdistettä (sulamispiste tai liimaamalla) mukainen nykyinen osa CAD-mallia. Rakentaminen Plane on muuttumaton, ja jotkut jauheen säilyy ennallaan. Tätä prosessia kutsutaan selektiivinen synteesi sekä selektiivinen lasersintraus, jos yhdiste on työkalu on laser. Toinen menetelmä koostuu siitä, että kerrostamalla suoraan materiaalin summauspisteestä energiaa.

Organisaatio ASTM, joka kehittää alan standardeja, jakaa 3D-lisäaine teknologiaa 7 luokkiin.

1. Puristamista materiaalia. Rakennettaessa kohdassa esilämmitettyä ekstruuderin syötetään tahna materiaali, seos sideaineen ja metallijauheen. Rakennettu raaka malli sijoitetaan uuniin sitojan poistamiseksi ja sintrausjauhe - samalla tavalla kuin se tapahtuu perinteisen teknologian. Tämä lisäaine tekniikka toteutetaan tavaramerkeillä MJS (Monivaiheinen Jet kiinteytys, monifaasisia jet jähmettymistä), FDM (sulatettua Deposition Modeling, simulointi layerwise kiinnityslämpötilan), FFF (sulatettua Kuitujen valmistus, tuotanto menetelmä säikeiden yhdistämisen).
2. Ruiskuttamalla materiaalia. Esimerkiksi Polyjet vaha tai fotopolymeeriteknologiassa usean suutinpää viedään pisteeseen rakenne. Tämä lisäaine tekniikka kutsutaan myös Multi jetting materiaalia.
3. Sprinkler sideaine. Näitä ovat jet Ink-Jet-injektio teknologian rakentamiseen vyöhykkeellä ei ole mallintaa materiaali, sideaine (lisäaine valmistustekniikka ExOne).
4. Yhdiste levymateriaalien. Rakennusmateriaali on polymeerikalvo, metallifolion, paperi ja muut. Sitä käytetään, esimerkiksi ultraäänitekniikassa lisäainetta Fabrisonic. Ohutta metallia hitsataan yhteen ultraäänellä, minkä jälkeen ylimääräinen metalli poistetaan jyrsimällä. Lisäaine teknologiaa käytetään yhdessä subtractive.
5. Fotopolymeroinnin kylpy. Tekniikka käyttää nestemäistä mallinnus aineet - valopolymeerihartsiin. Esimerkkinä on SLA-teknologiayhtiö 3D Systems ja DLP-teknologia Envisiontec yritys, digitaalisen valon Procession.
6. Sulaminen materiaalin esimuodostettu kerros. Käytetty SLS-tekniikkaa käyttäen energianlähteenä laser- tai terminen pää (SHS yritys Blueprinter).
7. Suora energian yhteen asti rakennuspaikkaa. -Aineiden ja energian syötetään sen sulamispiste on rakenne samanaikaisesti. Kehon käytetään toimiva pää, joka on varustettu järjestelmä energian syöttämiseksi ja materiaalia. Energia tulee muodossa, keskitetyn keilan elektroneja (Sciaky) tai lasersäteen (POM, Optomec,). Joskus pää on asennettu "käsi" robotti.

Tämä luokitus on paljon puhuu koukeroita lisäaineen teknologioiden kuin aiemmat.

Sovellusaloja

lisäaineista markkinoiden dynamiikan kehitystä eteenpäin muilla teollisuudenaloilla. Sen keskimääräinen vuotuinen kasvu arviolta 27%, IDC yhtiö arvioi, että vuoteen 2019 on määrältään 26,7 miljardia dollaria verrattuna 11 miljardia vuonna 2015

Kuitenkin markkina on vielä paljastaa hyödyntämätöntä potentiaalia tuotannossa kulutustavaroita. Jopa 10%: lla yrityksistä arvon tavaroiden kulutetaan sen prototyyppien. Ja monet yritykset ovat jo ottaneet tämän markkinasegmentin. Mutta loput 90% menee tuotantoon, joten luominen sovellusten nopeaan tuotteiden valmistukseen on tärkein suuntaan alan kehittymistä tulevaisuudessa.

Vuonna 2014 osuus prototyyppien teknologioiden markkinoilla lisäaineen vaikka vähentynyt, se pysyi korkein - 35%, osuus tuotannosta kasvoi nopeasti ja saavutti 31%: n osuuden välineiden luomista pysyi pysyi 25%, loput selittyy sillä tutkimukseen ja koulutukseen.

Talouden aloilla, AT-tech sovellukset jaetaan seuraavasti:

• 21% - kuluttajatuotteet ja elektroniikka;
• 20% - auto;
• 15% - lääkkeitä, myös hammaslääketieteen;
• 12% - ilmailu- ja avaruusteollisuuden;
• 11% - tuotanto tuotantovälineitä;
• 8% - aseistus;
• 8% - muodostumista;
• 3% - rakenne.

Harrastajille ja ammattilaisille

AT-tech markkinat jaetaan amatööri. Amatööri markkinoille kuuluvat 3D-tulostimet ja niiden ylläpito, joka sisältää palvelun, kulutustavarat, ohjelmistoja, ja on tarkoitettu yksittäisille harrastajille, koulutus ja visualisointi ideoiden ja helpottaa viestintää alkuvaiheessa uusien liiketoimintamallien.

Professional 3D-tulostimet ovat kalliita ja sopivat laajennettu lisääntymiselle. He ovat suuri Rakentamisen alalla suorituskykyä, tarkkuutta, luotettavuutta, laajennetun malli materiaaleja. Nämä koneet ovat paljon monimutkaisempia ja vaativat kehittämistä erityistaitoja työskennellä laitteiden välille malli materiaaleja ja ohjelmistoja. Tyypillisesti Koneen tulee asiantuntijaksi lisäaineliuoksesta teknologioiden tekniseen korkeakoulutukseen.

Lisäaine Teknologia vuonna 2015

Raportin mukaan Wohlers Report 2015, 1988 ja 2014 79 602 alan 3D-tulostimet on asennettu maailmanlaajuisesti. . Samalla 38,1% laitteista maksaa yli 5000 dollaria on peräisin Yhdysvalloista, 9,3% - Japanissa, 9,2% - Kiinaan, ja 8,7% - Saksaan. Muualla maailmassa ovat kauas johtajia. Vuodesta 2007 vuoteen 2014 vuotuinen myynti tulostimissa nousi 66-139 584 yksikköä. Vuonna 2014, 91,6% liikevaihdosta osuus työpöydän 3D-tulostimet, ja 8,4% - teollisiin sovelluksiin lisäaineiden valmistuksesta, voitto josta kuitenkin oli 86,6% koko, tai 1120000000 dollari absoluuttisesti. Työpöytäkoneisiin tyytyväisen +173.200.000dollari ja 13,4%. Vuonna 2016 odotamme myynnin kasvun $ 7.3 miljardia vuosina 2018 - 12,7 miljardia vuonna 2020 markkinat nousevat $ +21,2 miljardia euroa.

Mukaan Wohlers, FDM-tekniikka vallitsee, keskimäärin noin 300 tuotemerkkejä maailmassa joka päivä uusia muutoksia. Jotkut heistä myydään vain paikallisesti, joten se on erittäin vaikeaa, ellei mahdotonta, löytää tietoa siitä, kuinka monta valmistettu tuotemerkkejä 3D-tulostimet. Mielin voimme sanoa, että niiden määrä markkinoilla kasvaa päivä päivältä. On hyvin erilaisia kooltaan ja käytetyistä tekniikoista. Esimerkiksi Berliinin yhtiö tuottaa valtavan BigRep FDM-tulostin nimeltään BigRep ONE.2 hintaan 36000. Euroa, kykenee tulostamaan esineitä jopa 900 x 1055 x 1100 mm, jonka resoluutio on 100-1000 mikronia, jossa on kaksi extruders ja kyky käyttää erilaisia materiaaleja.

Teollisuus - ja

Ilmailuala panostaa voimakkaasti tuotannon lisäaineen. Käyttö lisäaineen teknologioiden vähentää kulutusta materiaalien käytettiin valmistettaessa osia 10 kertaa. On odotettavissa, että GE Aviation Yhtiö julkaisee vuosittain 40 tuhatta. Injectors. Airbus vuonna 2018 yritys oli menossa tulostaa jopa 30 tonnia osien kuukaudessa. Yhtiö toteaa merkittävää edistystä ominaisuuksien valmistettujen osien siten verrattuna perinteisiin. Kävi ilmi, että kannatin, joka on suunniteltu 2,3 tonnia kuorman, itse asiassa, voi kestää kuormia jopa 14 tonnia ja vähentää sen painoa puoli. Lisäksi yhtiö julkaisee tiedot alumiinilevystä ja polttoaineen liittimet. Airbus on 60000. Pieces, painettu 3D-tulostin Stratasys Fortus Company. Muut yhtiöt ilmailuteollisuuden käyttävät myös lisäaineena valmistustekniikka. Joukossa: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce ja SpaceX.

Digitaaliset lisäainetta käytetään jo valmistuksessa eri kuluttajatuotteita. Yhtiö toteutuvat, tarjoavat palveluja lisäaineiden valmistuksesta, yhteistyössä Hoet eyeware valmistuksessa lasit näönkorjausta ja aurinkolasit. 3D-mallit ovat erilaisia pilvipalveluihin. Vain yhtiön 3D-varasto ja Sketchupia tarjoavat 2,7 miljoonaa näytettä. Älä jää puolueen ja muotialalla. RS Tulosta käyttää järjestelmää, joka mittaa paine pohjat, tulostaa yksittäisiä pohjalliset. Suunnittelijat ovat kokeilleet bikinit, kengät ja mekot.

nopea prototyyppien

Alle nopea prototyyppien ymmärtää prototyyppejä tuotteiden mahdollisimman lyhyessä ajassa. Se on yksi tärkeimmistä sovelluksista lisäaineen valmistustekniikoita. Prototype - on eräänlainen tuotteen optimoiminen edellyttää muodon osan arvioinnin ergonomiaa, kokoonpano- todentamisvalmiuksien ja oikeellisuutta pohjaratkaisut. Siksi vähentäminen Valmistusosaluettelon elämä voi merkittävästi vähentää kehitysaikaa. Myös prototyyppi voi olla suunniteltu malli aerodynaamista ja hydrodynaamista testausta tai tarkastusta toiminnallisuutta kotelot kotitalouksien ja lääketieteellisiä laitteita. Monet prototyyppejä luotu valmisteleva suunnittelumalleja vivahteita konfiguraatiossa, värejä ja väriaineita ja niin edelleen. D. pikamallinnus käyttää edullisia 3D-tulostimet.

nopea tuotanto

Lisäaineen teknologian alalla on suuria mahdollisuuksia. Pienen mittakaavan tuotantoon tuotteiden monimutkaisia geometria ja tiettyjen materiaalien yhteisten laivanrakennus-, energia, korjaavaa kirurgiaa ja hammaslääketieteen, ilmailuteollisuuden. Suora viljely metallituotteet taustalla on taloudellisten tarkoitusperien, koska tämä tila tuotanto oli vähemmän kallista. Käytön lisäaineen tekniikat tekevät työelimiä turbiinit ja akselit, implantit ja proteesit, varaosat autojen ja lentokoneiden.

Kehittäminen nopea valmistus ja osaltaan merkittävän kasvun määrän käytettävissä metallijauhetta materiaaleja. Jos vuonna 2000 oli 5-6 tyyppisiä jauheita, nyt se tarjoaa laajan valikoiman, määrä kymmeniä kappaleita rakenneteräksen jalometallit ja Superseosten.

Lupaava ja lisäaineista, koneenrakennuksessa, jossa niitä voidaan käyttää valmistuksessa työkaluja ja työkaluja sarjatuotantoa - insertit ruiskuvalulaitteet muotit, malleja.

Ultimaker 2 - paras 3D-tulostin vuonna 2016

Sen mielestä CHIP lehden, joka suoritti testauksen ja verrattiin ominaisuuksia kotitalouden 3D-tulostimet, paras tulostimet 2016 malli Ultimaker ovat 2 yritystä Ultimaker, Reniforce RF1000 yhtiö Conrad ja replikointiohjelma Desktop 3D-tulostin yhtiö MakerBot.

Ultimaker 2+ sen parannettu malli käyttää simulointitekniikkaa fuusioimalla. 3D-tulostin eroaa pienin paksuus 0,02 mm, pieni laskenta, edullisia tulostus (2600 hieroa kohti 1 kg materiaalia). Tärkeimmät ominaisuudet:

• koko työkammion - 223 x 223 x 305 mm;
• paino - 12,3 kg;
• pään koko - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• die lämpötila - 180-260 ° C;
• resoluutio kerros - 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikronia;
• Tulostusnopeus - 8-24 mm ³ / s;
• tarkkuus XYZ - 12,5-12,55 mikronia;
• materiaali - PLA, ABS, CPE halkaisija 2,85 mm;
• Ohjelmistot - Cura;
• Tuetut tiedostotyypit - STL, OBJ, AMF;
• Tehonkulutus - 221 W;
• hinta - 1895 euroa, ja perusmallin 2495 euroa laajennettu.

Mukaan asiakkaiden arviot, tulostin on kevyt asentaa ja käyttää. Eläköön korkean resoluution, itsesäätyvä sänky, monenlaisia käytettävää materiaalia, käyttämään avoimen lähdekoodin ohjelmistoja. Haittoja ovat kuitenkin tulostimen avaa tulostimen suunnittelu, joka voi aiheuttaa palovammoja kuuman materiaalin.

LulzBot Mini 3D-tulostin

Katsauksessa lehden PC Magazine Ultimaker 2 ja replikointiohjelma Desktop 3D-tulostin tuli myös kärkikolmikkoon, mutta täällä ensimmäinen paikka oli tulostimen LulzBot Mini 3D-tulostin. Sen vaatimukset ovat seuraavat:

• koko työkammion - 152 x 152 x 158 mm;
• Paino - 8,55 kg;
• die lämpötila - 300 ° C;
• kerroksen paksuus - 0,05-0,5 mm;
• Tulosta Speed - 275 mm / s: n korkeudella 0,18 mm kerroksen;
• materiaali - PLA, ABS, HIPS, PVA, Pett, polyesteri, nailon, polykarbonaatti, PETG, PCTE, PC-ABS, ja muut halkaisija oli 3 mm.
• Software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl jne.;
• Virrankulutus - 300 W;
• hinta - $ sovelletaan 1 250.

Sciaky EBAM 300

Yksi parhaista Teollisuuden koneiden lisäaineiden valmistuksesta on EBAM 300 yritystä Sciaky. Elektronisuihkutykki aiheuttaa metallikerrosta nopeudella enintään 9 kg tunnissa.

• koko työkammion - 5791 x 1219 x 1219 mm;
• paine tyhjökammion - 1x10 ^-4 Torr;
• virrankulutus - jopa 42 kW: n jännitteellä 60 kV;
• tekniikka - puristamiseen;
• materiaali - titaani ja titaaniseokset, tantaali, inconel, volframi, niobi, ruostumaton teräs, alumiini, teräs, kupari-nikkeli-metalliseos (70/30 ja 30/70);
• enimmäismäärä - 8605,2 litraa;
• hinta - 250000 dollaria ..

Lisäaine teknologioiden Venäjällä

teollisuus-luokan koneita Venäjällä ei tuoteta. Vaikka vain kehitetään "Rosatom", laser keskus MSTU. Bauman University "STANKIN" ammattikorkeakoulu Pietarin Uralilla Federal University. "Voronezhselimmash", pedagogisten ja kotimainen 3D-tulostimet "Alpha", kehittää kaupallista lisäaineen kasvi.

Sama tilanne tarvikkeita. Johtaja kehittämisen jauheiden ja jauheformulaatioiden Venäjällä on VIAM. He tuottivat jauhe lisäaineen teknologioita käytetään palauttaminen turbiinien lavat, määräyksestä joukkoviestinnässä "lentokoneen moottoreita». Edistyminen on ja All-Russian Institute of kevytmetallia (pyörät). Kehitys ovat erilaisia insinöörin kanssa kaikkialla Venäjän federaation. "Rosteh", Ural Branch Venäjän tiedeakatemian UFU johtamaan kehitystä. Mutta silti he eivät pysty täyttämään pienikin kysyntää 20 tonnia maitojauhetta vuodessa.

Tältä osin hallitus antoi opetusministeriö, Talouskehitysministeriön, teollisuus, Viestintäministeriö, Venäjän tiedeakatemian, Fano, "Roscosmoksen", "Rosatom", "Rosstandart" kehittämistä toimielimiä luomaan koordinoidun ohjelman kehittämiseen ja tutkimukseen. Sillä ehdotetaan suuntaamaan lisävaroja talousarviomäärärahoista, sekä harkitsemaan mahdollisuutta osarahoituksen kustannuksella kansallisen hyvinvoinnin rahaston ja muista lähteistä. On suositeltavaa tukemaan uutta tuotantoteknologiaa, til. H. Lisäys, jia, "Rosnano" rahasto "Skolkovo", vienti virasto "EXIAR", "Vneshekonombankin". Hallitus on myös edustaa Kauppa- ja teollisuusministeriö valmistelee osan valtion ohjelman kehittämiseen ja parantamiseen teollisuuden kilpailukykyä.