Полезные статьи

Аддитивные технологии (англ. Additive Manufacturing) — технологии послойного наращивания и синтеза объектов. Широкое применение получили для так-называемой фаббер-технологии (англ. fabber technology, также распространено наименование 3D-печать) — группы технологических методов производства изделий и прототипов, основанная на поэтапном формировании изделия путём добавлении материала на основу (платформу или заготовку).

История В начале 1980-х начали развиваться новые методы производства деталей, основанные не на удалении материала как традиционные технологии механической обработки, а на послойном изготовлении изделия по трехмерной модели, полученной в САПР, за счет добавления материала в виде пластиковых, керамических, металлических порошков и их связки термическим, диффузионным или клеевым методом. Группа этих технологий на западе получила название «аддитивное производство». За три десятилетия технология перешла от изготовления бумажных и пластиковых прототипов к непосредственному получению готовых функциональных изделий. К настоящему времени технология позволяет получать металлические и неметаллические прототипы и функциональные изделия, которые не требуют механической пост-обработки.
Технологии аддитивного производства совершили значительный рывок благодаря быстрому совершенствованию электронной вычислительной техники и программного обеспечения. Величина современного рынка аддитивного производства — около 1,3 млрд долларов, включая производство специального оборудования и оказание услуг в соотношении ориентировочно 1/1. Доля России среди стран, активно развивающих и применяющих технологии аддитивного производства, составляет примерно 1,2 % (США — 39,1 %, Япония — 12,2 %, Германия — 8,0 %, Китай — 7,7 %) и показывает устойчивый рост.

Описание

Среди применений аддитивных технологий наиболее востребовано производство функциональных изделий для нужд наиболее заинтересованных отраслей промышленности, таких как авиакосмическая отрасль, автомобиле- и машиностроение, ВПК, медицина в части протезирования, то есть там, где существует острая потребность в изготовлении высокоточных изделий и их прототипов в кратчайшие сроки.

Отдельные технологии

Селективное лазерное плавление (СЛП, англ. SLM) — технология послойного аддитивного производства с использованием лазера. На сегодня метод СЛП является наиболее быстро развивающейся технологией среди методов аддитивного производства. Однако остро стоит проблема производительности технологии, ограничивающая её дальнейшее широкое распространение для нужд современной индустрии. Высокая востребованность технологии обусловлена достижимым качеством изготовления конечного изделия: требуемыми шероховатостью, точностью исполнительных размеров ответственных элементов изделия, минимальной толщиной изготовления конструкторско-технологических элементов формы изделия, которые могут быть гарантированы малым радиусом лазерного пятна (до 20 мкм).

Селективное лазерное спекание (SLS, также direct metal laser sintering, DMLS) — объект формируется из плавкого порошкового материала (пластик, металл) путём его плавления под действием лазерного излучения. Порошкообразный материал наносится на платформу тонким равномерным слоем (обычно специальным выравнивающим валиком), после чего лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта. Затем платформа опускается на толщину одного слоя и на неё вновь наносится порошкообразный материал. Данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта за счёт заполнения пустот порошком. Для уменьшения необходимой для спекания энергии температура рабочей камеры обычно поддерживается на уровне чуть ниже точки плавления рабочего материала, а для предотвращения окисления процесс проходит в бескислородной среде.

Моделирование методом наплавления (Fused deposition modeling, FDM) — объект формируется путём послойной укладки расплавленной нити из плавкого рабочего материала (пластик, металл, воск). Рабочий материал подаётся в экструзионную головку, которая выдавливает на охлаждаемую платформу тонкую нить расплавленного материала, формируя, таким образом, текущий слой разрабатываемого объекта. Далее платформа опускается на толщину одного слоя, чтобы можно было нанести следующий слой. Часто в данной технологии участвуют две рабочие головки — одна выдавливает на платформу рабочий материал, другая — материал поддержки.

Лазерная стереолитография (laser stereolithography, SLA) — объект формируется из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения (или излучения ртутных ламп). При этом лазерное излучение формирует на поверхности текущий слой разрабатываемого объекта, после чего объект погружается в фотополимер на толщину одного слоя, чтобы лазер мог приступить к формированию следующего слоя. Также существует вариация данной технологии — SLA-DLP, в которой вместо лазера используется DLP-проектор (в этом случае слой формируется сразу целиком, что позволяет ускорить процесс печати).

Для принтеров с высокой разрешающей способностью, используют следующую схему: источник излучения размещают внизу (под прозрачным резервуаром с фотополимером), который формирует в зазоре между дном резервуара и предыдущим слоем (или если это первый слой — между дном резервуара и платформой) текущий слой разрабатываемого объекта. После этого платформа с объектом поднимается на толщину одного слоя.

Электронно-лучевая плавка (electron beam melting, EBM) — технология, похожая на SLS/DMLS, только здесь объект формируется путём плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме. Крупногабаритная 3D-печать деталей из тугоплавких металлов по технологии EBAM компании Sciaky.

Метод многоструйного моделирования (multi jet modeling, MJM) — похожа на FDM, только вместо экструзии используется струйная печать.

Изготовление объектов с использованием ламинирования (англ. laminated object manufacturing, LOM) — объект формируется послойным склеиванием (нагревом, давлением) тонких плёнок рабочего материала с вырезанием (с помощью лазерного луча или режущего инструмента) соответствующих контуров на каждом слое. За счёт отсутствия пустот данная технология не нуждается в поддерживающих структурах «висящих в воздухе» элементов разрабатываемого объекта, однако удаление лишнего материала (обычно его разделяют на мелкие кусочки) в некоторых ситуациях может вызывать затруднения.

3D-печать (3D Printing, 3DP) — аналогична технологии SLS, только здесь не используется плавление: объект формируется из порошкового материала путём склеивания, с использованием струйной печати для нанесения жидкого клея. Данная технология позволяет производить цветное моделирование за счет добавления в клей красителей (непосредственно во время печати), или за счет использования нескольких печатающих головок с цветным клеем.

Технология 3D-печати на основе ультразвуковой левитации, позволяющая создавать из подвешенных в воздухе раскаленных частиц трехмерные объекты заданной формы. Создана учеными из Томского государственного университета, рабочий прототип такого фаббера ожидается в 2020 г.

Компьютерная осевая литография (англ. computed axial lithography) — метод 3D-печати, основанный на компьютерной томографии для создания объектов из фотоотверждаемой смолы.