Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Manufacturing Technology >> Промышленные технологии

Что такое аддитивное производство? - Типы и работа

Что такое аддитивное производство?

Аддитивное производство (АП), также известное как 3D-печать, представляет собой преобразующий подход к промышленному производству, позволяющий создавать более легкие и прочные детали и системы. Как следует из названия, аддитивное производство добавляет материал для создания объекта.

Аддитивное производство (AM) или аддитивное производство слоев (ALM) — это название промышленного производства для 3D-печати, управляемого компьютером процесса, который создает трехмерные объекты путем наложения материалов, обычно слоями.

Согласно GE Additive, это еще один технологический прогресс, ставший возможным благодаря переходу от аналоговых процессов к цифровым. За последние несколько лет связь, обработка изображений, десятилетия, архитектура и инженерия пережили собственную цифровую революцию. Теперь AM может обеспечить цифровую гибкость и эффективность производства.

Аддитивное производство использует программное обеспечение CAD (автоматизированное проектирование) или сканеры 3D-объектов для управления оборудованием, чтобы материал наносился слой за слоем в точных геометрических формах. Как следует из названия, аддитивное производство добавляет материал для создания объекта. Напротив, при создании объекта обычными средствами часто необходимо удалить материал путем механической обработки, вырезания, фрезерования, литья или иным образом.

Хотя термины «3D-печать» и «быстрое прототипирование» используются небрежно для обсуждения аддитивного производства, на самом деле каждый процесс является подмножеством аддитивного производства.

Хотя аддитивное производство может показаться многим новым, на самом деле оно существует уже несколько десятилетий. В правильных приложениях аддитивное производство обеспечивает идеальное сочетание улучшенных характеристик, сложной геометрии и упрощенного производства. В результате перед теми, кто активно занимается аддитивным производством, открывается множество возможностей.

Кто изобрел AM?

Самое раннее производственное оборудование для 3D-печати было разработано Хидео Кодама из Муниципального научно-исследовательского института промышленности Нагои, когда он изобрел два аддитивных метода создания 3D-моделей.

Как работает аддитивное производство?

С помощью CAD (автоматизированного проектирования) или 3D-сканеров объектов аддитивное производство позволяет создавать объекты с точными геометрическими формами. Они создаются слой за слоем, в отличие от традиционного производства, которое часто требует механической обработки или других методов для удаления лишнего материала.

3D-печать, быстрое прототипирование и аддитивное производство — термины, используемые для описания одних и тех же процессов в целом. Сложные структуры и компоненты создаются путем наслоения материалов, которые создаются шаг за шагом.

Эта технология, которая существует уже более трех десятилетий, только недавно приобрела популярность и уже не является просто средством создания 3D-печатного прототипа, а предлагает полностью функциональные компоненты. Возможности практически безграничны, поскольку индустрия 3D-печати обслуживает различные отрасли промышленности, от тяжелой промышленности до медицины, которые хотят воспользоваться преимуществами предлагаемых точных технологий.

Хотя аддитивное производство открывает новые возможности в науке, сама концепция и принципы ее работы удивительно просты.

Аддитивные производственные технологии

1. Спекание

Во время спекания тепло используется для создания твердой массы без ее разжижения. Спекание похоже на традиционное двухмерное фотокопирование, при котором тонер выборочно расплавляется для создания изображения на бумаге.

2. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

В DMLS лазер спекает каждый слой металлического порошка так, что металлические частицы прилипают друг к другу. Машины DMLS производят объекты с высоким разрешением с желаемыми характеристиками поверхности и требуемыми механическими свойствами. С помощью SLS лазер спекает термопластичные порошки, чтобы заставить частицы прилипать друг к другу.

3. Прямая лазерная плавка металлов (DMLM) и электронно-лучевая плавка (EBM)

Напротив, материалы в процессах DMLM и EBM полностью расплавляются. В DMLM лазер полностью расплавляет каждый слой металлического порошка, в то время как EBM использует мощные электронные лучи для расплавления металлического порошка. Обе технологии идеально подходят для создания плотных непористых объектов.

4. Стереолитография (SLA)

Стереолитография (SLA) использует фотополимеризацию для печати керамических объектов. В процессе используется УФ-лазер, который избирательно вжигается в контейнер из фотополимерной смолы. Смолы, отверждаемые УФ-излучением, позволяют производить детали, устойчивые к крутящему моменту и способные выдерживать экстремальные температуры.

Сколько времени занимает этот процесс?

Время печати зависит от нескольких факторов, включая размер детали и настройки, используемые для печати. Качество готовой детали также важно при определении времени печати, так как изготовление изделий более высокого качества занимает больше времени.

AM может длиться от нескольких минут до нескольких часов или дней — здесь важны скорость, разрешение и объем материала.

Материалы для аддитивного производства

Для создания 3D-печатных объектов можно использовать множество различных материалов. Технология AM позволяет производить детали реактивных двигателей из передовых металлических сплавов, а также производить шоколадные лакомства и другие продукты.

Типы процессов аддитивного производства

Существует ряд отдельных процессов AM со своими собственными стандартами, в том числе:

1. Струйное связывание

В процессе распыления связующего используются два материала; материал на основе порошка и связующее. Связующее действует как клей между слоями порошка. Связующее обычно находится в жидкой форме, а строительный материал в виде порошка.

Печатающая головка перемещается горизонтально вдоль осей х и у машины и поочередно наносит слои строительного материала и связующего материала. После каждого уровня объект для печати опускается на платформу сборки.

Из-за метода переплета свойства материала не всегда подходят для компонентов, и, несмотря на относительную скорость печати, дополнительная постобработка может значительно продлить общий процесс.

Как и в других производственных процессах на основе порошка, объект для печати является самонесущим в порошковом слое и после завершения удаляется из несвязанного порошка.

Источник изображения:https://www.additively.com/en/learn-about/binder-jetting

Создание связующего – шаг за шагом

2. Направленное выделение энергии / Электронно-лучевая плавка (ЭЛП)

Направленное осаждение энергии (DED) охватывает ряд терминов:«Формирование сетки с помощью лазера, изготовление направленного света, прямое осаждение металла, трехмерное лазерное покрытие». Это более сложный процесс печати, обычно используемый для ремонта или добавления дополнительного материала к существующим компонентам.

Типичная машина DED состоит из сопла, установленного на многоосном рычаге, который наносит расплавленный материал на указанную поверхность, где он затвердевает. Процесс в принципе похож на экструзию материала, но сопло может двигаться в нескольких направлениях и не привязано к определенной оси.

Материал, который можно наносить под любым углом благодаря 4-х и 5-ти осевым машинам, плавится во время наплавки с помощью лазерного или электронного луча. Этот метод можно использовать с полимерами и керамикой, но обычно он используется с металлами в виде порошка или проволоки. Типичные области применения включают ремонт и техническое обслуживание структурных частей.

Прямое выделение энергии – шаг за шагом

3. Экструзия материала

Моделирование наплавления (FDM) — это распространенный процесс экструзии материалов, зарегистрированный под торговой маркой Stratasys. Материал протягивается через сопло, где он нагревается, а затем осаждается слой за слоем. Сопло может перемещаться горизонтально, а платформа перемещается вертикально вверх и вниз после нанесения каждого нового слоя. Этот метод широко используется во многих недорогих 3D-принтерах для дома и хобби.

Процесс имеет множество факторов, влияющих на конечное качество модели, но он имеет большой потенциал и осуществимость, когда эти факторы успешно контролируются. Хотя FDM похож на все другие процессы 3D-печати в том, что он создается слой за слоем, он отличается тем, что материал добавляется через сопло под постоянным давлением и непрерывным потоком.

Это давление должно поддерживаться постоянным и с постоянной скоростью, чтобы обеспечить точные результаты. Слои материала могут быть скреплены температурным контролем или с помощью химических средств. Материал часто добавляется в машину в рулонах, как показано на схеме.

Источник изображения:https://www.additively.com/en/learn-about/fused-deposition-modeling

Экструзия материала – шаг за шагом

4. Порошковая кровать Fusion

Процесс сплавления в порошковом слое включает следующие широко используемые методы печати:прямое лазерное спекание металлов (DMLS), электронно-лучевое плавление (EBM), селективное термическое спекание (SHS), селективное лазерное плавление (SLM) и селективное лазерное спекание (SLS).

В процессах сплавления в порошковом слое (PBF) используется лазер или электронный луч для плавления порошкообразных материалов и их сплавления. Процессы электронно-лучевой плавки (EBM) требуют вакуума, но могут использоваться с металлами и сплавами для изготовления функциональных деталей. Во всех процессах PBF порошковый материал распределяется по предыдущим слоям.

Для этого есть несколько механизмов, в том числе ролик или лезвие. Воронка или резервуар под кроватью обеспечивает подачу свежего материала. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) — это то же самое, что и SLS, но в нем используются металлы, а не пластмассы.

Процесс спекает порошок слой за слоем. Селективное термическое спекание отличается от других методов тем, что в нем используется нагретая термопечатающая головка для расплавления порошкового материала. Как и прежде, слои добавляются валиком между наплавляемыми слоями. Платформа соответственно опускает модель.

Powder Bed Fusion – шаг за шагом

5. Листовое ламинирование

Процессы ламинирования листов включают производство ультразвуковых добавок (UAM) и производство ламинированных объектов (LOM). При изготовлении ультразвуковых добавок используются металлические листы или полосы, которые соединяются между собой ультразвуковой сваркой.

Этот процесс требует дополнительной обработки с ЧПУ и удаления несвязанного металла, часто в процессе сварки. Производство ламинированных объектов (LOM) использует аналогичный послойный подход, но использует бумагу в качестве материала и клей вместо сварки. В процессе LOM используется метод штриховки во время печати для легкого удаления после создания.

Ламинированные объекты часто используются для эстетических и визуальных моделей и не подходят для структурных целей. UAM использует металлы и включает алюминий, медь, нержавеющую сталь и титан. Процесс имеет низкую температуру и позволяет создавать внутреннюю геометрию. Этот процесс может сочетать различные материалы и требует относительно мало энергии, поскольку металл не плавится.

Листовое ламинирование — шаг за шагом

6. Полимеризация в ваннах

При ванновой полимеризации используется чан из жидкой фотополимерной смолы, из которой слой за слоем наращивается модель. Ультрафиолетовый (УФ) свет используется для отверждения или отверждения смолы по мере необходимости, в то время как платформа перемещает изготовленный объект вниз по мере отверждения каждого нового слоя.

Поскольку в процессе для формирования объектов используется жидкость, на этапе строительства нет структурной поддержки из материала. В отличие от процессов на основе порошка, в которых опора обеспечивается несвязанным материалом. В этом случае часто бывает необходимо добавить опорные конструкции.

Смолы отверждаются с помощью процесса фотополимеризации или УФ-излучения, при котором свет направляется на поверхность смолы с помощью моторизованных зеркал. Когда смола вступает в контакт со светом, она затвердевает или затвердевает.

Фотополимеризация – шаг за шагом

7. Струйная обработка материала

Струйная печать материалов создает объекты аналогично двумерному струйному принтеру. Материал вводится на платформу сборки либо непрерывно, либо по запросу (DOD).

Материал распыляется на поверхность или платформу, где он затвердевает, и модель создается слой за слоем. Материал подается из сопла, которое перемещается горизонтально по рабочей платформе. Машины различаются по сложности и методам контроля отложения материала. Затем слои материала отверждаются или затвердевают с помощью ультрафиолетового (УФ) света.

Поскольку материал должен наноситься каплями, количество материалов, доступных для использования, ограничено. Полимеры и воски являются подходящими и широко используемыми материалами из-за их вязкой природы и способности образовывать капли.

Распыление материала – шаг за шагом

Преимущества аддитивного производства

Применение аддитивного производства

Аэрокосмическая отрасль

AM преуспевает в производстве деталей со сложной геометрической конструкцией, позволяющей снизить вес. Следовательно, это часто идеальное решение для изготовления легких и прочных деталей для аэрокосмической отрасли.

В августе 2013 года НАСА успешно испытало ракетный инжектор с отпечатком SLM во время огневых испытаний, в результате которых была создана тяга 20 000 фунтов. В 2015 году FAA одобрило первую напечатанную на 3D-принтере деталь для использования в коммерческом двигателе. Двигатель CFM LEAP имеет 19 топливных форсунок, напечатанных на 3D-принтере. По данным Aviation Week, сертифицированные FAA конструктивные детали Boeing 787 из титановой проволоки были выставлены на Парижском авиасалоне 2017.

Автомобилестроение

CNN сообщил, что гоночная команда McLaren использует детали, напечатанные на 3D-принтере, в своих гоночных автомобилях Формулы-1. Замена заднего крыла заняла около 10 дней вместо пяти недель. Команда уже произвела более 50 различных деталей с использованием аддитивного производства.

В автомобильной промышленности потенциал быстрого прототипирования AM вызывает серьезный интерес по мере появления серийных деталей. Например, алюминиевые сплавы используются для изготовления выхлопных труб и деталей насосов, а полимеры — для производства бамперов.

Здравоохранение

В Медицинской школе Нью-Йоркского университета клиническое исследование с участием 300 пациентов оценивает эффективность моделей разноцветного рака почки для конкретного пациента с использованием аддитивного производства. В исследовании выясняется, эффективно ли такие модели помогают хирургам в предоперационной оценке и руководстве во время операции.

Глобальный производитель медицинского оборудования Stryker финансирует исследовательский проект в Австралии, целью которого является использование технологии аддитивного производства для создания на заказ хирургических имплантатов, распечатанных на 3D-принтере, для пациентов с раком кости.

В целом, применение аддитивного производства в здравоохранении растет, особенно когда демонстрируется безопасность и эффективность медицинских устройств, созданных с помощью AM. Перспективно также производство уникальных синтетических органов.

Разработка продукта

По мере того, как реализуется потенциал гибкости дизайна AM, некогда невозможные концепции дизайна теперь успешно переосмысливаются. Аддитивное производство раскрывает творческий потенциал дизайнеров, которые теперь могут работать без ограничений, с которыми они когда-то работали.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое аддитивное производство?

Аддитивное производство (АП), также известное как 3D-печать, представляет собой преобразующий подход к промышленному производству, позволяющий создавать более легкие и прочные детали и системы. Как следует из названия, аддитивное производство добавляет материал для создания объекта.

Что такое процесс аддитивного производства?

Аддитивное производство — это особый процесс 3D-печати. Этот процесс строит детали слой за слоем, нанося материал в соответствии с данными цифрового 3D-проектирования. Например, вместо фрезерования заготовки из цельного блока аддитивное производство создает деталь слой за слоем из материала, поставляемого в виде тонкого порошка.

Какие существуют типы аддитивного производства?

Типы аддитивного производства:

<ол тип="1">
  • Распыление связующего.
  • Направленное выделение энергии.
  • Пудровая кровать Fusion.
  • Листовое ламинирование.
  • Экструзия материала.
  • Структура материала.
  • Фотополимеризация в ваннах.
  • Что означает аддитивное производство?

    Аддитивное производство — это процесс создания объекта путем его послойного построения. Это противоположность субтрактивному производству, при котором объект создается путем вырезания сплошного блока материала до тех пор, пока конечный продукт не будет готов.

    Какие продукты производятся с помощью аддитивного производства?

    Общие области применения включают воздуховоды систем контроля окружающей среды (ECS), изготовленные на заказ косметические компоненты салона самолета, компоненты ракетных двигателей, вкладыши камеры сгорания, инструменты для композитов, масляные и топливные баки и компоненты БПЛА. 3D-печать позволяет создавать сложные консолидированные детали с высокой прочностью.

    Почему это называется аддитивным производством?

    Это отличается от других традиционных форм создания или ковки изделий, при которых материал отрезается или удаляется от более крупного предмета для получения конечного продукта. Если просто ответить на вопрос «Почему это называется аддитивным производством?», то это потому, что в процессе сборки сырье добавляется, а не вычитается.

    Аддитивное производство — это то же самое, что 3D-печать?

    Между терминами 3D-печать и аддитивное производство нет никакой разницы. 3D-печать и аддитивное производство — синонимы одного и того же процесса. Оба термина относятся к процессу создания деталей путем соединения материалов слой за слоем из файла САПР.

    Что такое стереолитография?

    Стереолитография (SLA) — это процесс аддитивного производства, при котором из чертежей САПР создаются твердые прототипы, шаблоны и изделия. SLA позволяет конструировать твердые пластиковые прототипы, сотканные из лазерной пушки с питанием от САПР.

    Каковы преимущества аддитивного производства?

    Преимущества аддитивного производства:

    Используется ли сварочное аддитивное производство?

    Применение сварки в аддитивном производстве (АП) для изготовления металлических компонентов является одним из самых быстрорастущих направлений исследований и разработок. Источники энергии, такие как лазер, электронно-лучевая и дуговая сварка, используются для плавления и осаждения сырья в виде порошка или проволоки.

    В чем недостаток аддитивного производства?

    Недостатки – Высокие производственные затраты. При использовании методов, отличных от аддитивного производства, детали можно изготавливать быстрее, и, следовательно, дополнительное время может привести к более высоким затратам. Кроме того, высококачественные машины для аддитивного производства могут стоить дорого.

    Кто изобрел аддитивное производство?

    Чак Халл является соучредителем, исполнительным вице-президентом и главным техническим директором 3D Systems. Он является одним из изобретателей 3D-принтера SLA, первой коммерческой технологии быстрого прототипирования и широко используемого формата файлов STL.

    Для каких задач используются аддитивные технологии?

    В чем разница между аддитивным производством и быстрым прототипированием?

    Быстрое прототипирование означает быстрое создание прототипа. Под аддитивным производством понимается любой производственный процесс, при котором продукты создаются путем постепенного добавления материалов.

    В чем разница между генеративным и аддитивным производством?

    В то время как генеративный дизайн достаточно сложен, чтобы работать с традиционными методами, аддитивное производство предоставляет технологии наибольшую свободу. Нетрудно понять, почему. Пример детали, созданной с помощью генеративного дизайна. Система оптимизировала две конструкции слева для 3-осевого фрезерования и литья алюминия.

    Какова история аддитивного производства?

    Аддитивное производство впервые появилось в 1987 году со стереолитографией (SL) от 3D Systems, процессом, который отвердевает тонкие слои жидкого полимера, чувствительного к ультрафиолетовому излучению (УФ), с помощью лазера. SLA-1, первая коммерчески доступная система AM в мире, была предшественником некогда популярной машины SLA 250.

    Зачем была изобретена 3D-печать?

    Идея пришла Крампу в 1988 году, когда он пытался сделать игрушечную лягушку для своей дочери, распыляя воск из свечи через клеевой пистолет. В 1989 году Крамп запатентовал технологию и вместе со своей женой стал соучредителем Stratasys Ltd., чтобы производить и продавать машины для 3D-печати для быстрого прототипирования или коммерческого производства.

    Какая жидкость используется в стереолитографии?

    Стереолитография (или SLA) — одна из старейших когда-либо разработанных технологий 3D-печати. Этот процесс аддитивного производства используется для 3D-печати полимерного материала с использованием фотохимического процесса. В этом процессе 3D-печати SLA используется чан с жидкой фотополимерной смолой, которая может отверждаться.

    Кто изобрел машину для 3D-печати?

    Чарльз Халл — изобретатель стереолитографии, первой коммерческой технологии быстрого прототипирования, широко известной как 3D-печать. Самые ранние приложения использовались в научно-исследовательских лабораториях и инструментальных мастерских, но сегодня приложения для 3D-печати кажутся бесконечными.

    За аддитивным производством будущее?

    В 2021 году прогресс продолжится, и крупные и малые компании-разработчики программного обеспечения сосредоточатся на программных решениях, отвечающих требованиям аддитивных технологий. Эта эволюция послужит основой для следующего поколения программных инструментов, которые приведут AM к индустриализации.

    Дорого ли аддитивное производство?

    В зависимости от процесса и конструкции компонентов переменные затраты на аддитивное производство могут быть в пять-пятьдесят раз выше, чем на традиционное производство, например, при обработке полимеров и металлов.

    Что такое аддитивное производство GE?

    В настоящее время GE Additive предоставляет машины, материалы и инженерно-техническое проектирование, сотрудничая с клиентами, чтобы помочь им внедрить добавки в свой бизнес. Машины Concept Laser и Arcam уже поддерживают клиентов в аэрокосмической, медицинской, стоматологической и ювелирной отраслях.

    Что такое аддитивная сварка?

    Аддитивное производство дуговой сваркой – это процесс, сочетающий автоматическую сварку металлов в среде инертного газа (MIG) или лазерную сварку горячей проволокой с 3D-печатью с прямым напылением.

    В чем разница между аддитивным и субтрактивным производством?

    При аддитивном производстве объекты создаются путем добавления материала слой за слоем, а при субтрактивном производстве материал удаляется для создания деталей.

    Растет ли аддитивное производство?

    Аддитивное производство прогнозирует рост мирового рынка в 2020–2026 годах. Ожидается, что в период с 2020 по 2023 год мировой рынок аддитивного производства будет расти примерно на 17 процентов в год. Хотя на рынке материалов для 3D-печати в настоящее время преобладают пластмассы, ожидается, что металлические материалы будут стимулировать рост рынка.

    Насколько устойчиво аддитивное производство?

    Как процесс сам по себе аддитивное производство уже представляет собой более устойчивое средство производства. Это особенно заметно в том факте, что 3D-печать практически с самого начала исключает использование лишнего материала и, следовательно, ненужных отходов.

    В чем основная проблема аддитивного производства?

    Задача состоит в том, чтобы определить конструкции деталей и узлов, определяемые текущей технологией производства, и решить, может ли аддитивное производство улучшить производительность. Поскольку аддитивное производство позволяет создавать геометрические формы, невозможные при использовании традиционных методов производства, расширяется свобода проектирования.

    Что такое простое аддитивное производство?

    Аддитивное производство (AM) или аддитивное производство слоев (ALM) – это название промышленного производства для 3D-печати, управляемого компьютером процесса, в ходе которого создаются трехмерные объекты путем наложения материалов, обычно слоями.

    Почему было введено аддитивное производство?

    Аддитивное производство металлов, или 3D-печать, позволяет изготавливать сложные детали без конструктивных ограничений традиционных производственных процессов.


    Промышленные технологии

    1. Что такое обработка лазерным лучом? - Типы и работа
    2. Что такое быстрое прототипирование? Типы и работа
    3. Что такое пайка? - Типы и способы пайки
    4. Что такое протяжка? - Процесс, работа и типы
    5. Что такое химическая обработка? - Работа и процесс
    6. Что такое ультразвуковая обработка? - Работа и процесс
    7. Что такое прокатные станы и их виды?
    8. Что такое лазерная сварка? - Работа, виды и применение
    9. Что такое сварка сопротивлением? - Типы и работа
    10. Что такое координатно-сверлильный станок? - Типы и работа