Аддитивное производство выходит за рамки настольной 3D печати в промышленное производство

3D печать взрослеет. Является ли она такой революционной, как её обещание, или просто еще одним ценным инструментом в рабочем ящике — или и тем, и другим? Мы говорим с MakerBot и консультантом по 3D печати в Ржавом поясе, чтобы увидеть, где вещи находятся и куда они направляются.

3D печать не достигла своего полного потенциала в профессиональных и производственно-ориентированных средах, но там есть много здорового места для роста, говорят инженеры аддитивного производства, консультанты и академики. И новые технологии и машины появляются, которые используют инновации в металлических порошках. Один из самых больших вопросов о технологии — сможет ли она перейти от любимца проектирования деталей и прототипирования к основному элементу на полу цеха. Ударит ли она свою ступень на более высоких уровнях производства? И какие барьеры для создания больших волн?

Инсайдеры отрасли говорят, что цехи всех размеров используют эти 3D процессы множеством изобретательных способов — от кастомных закрепок и форм до функциональных конечных деталей с геометрией, которая возможна только с аддитивным производством.

«CNC цехи использовали такие вещи, как MakerBot, для 3D печати сложных структур, которые могут держать устройство в фрезеровке под нужным углом, чтобы иметь возможность обработать деталь», говорит Крис Барретт, президент 3DDirections. «Так цехи делают приспособления, фикстуры и некоторую оснастку таким образом».

Барретт — химик и физик по профессии, но скучал с пробирками — и нашел свой путь к материаловедению и инженерии. Потому что он базируется в Огайо, Барретт был экспонирован традиционному производству и миру الناشющих аддитивных и 3D печатных технологий. Он начал свою консультацию с сильным пониманием обоих миров и фокусируется на помощи компаниям воспользоваться технологией там, где это имеет больше всего смысла.

Примечание: Барретт, как тренер для Tooling U-SME, провел вебинар 27 июня об аддитивном производстве на Better MRO, где он очертил семь основных категорий 3D печати и обсудил плюсы и минусы каждого типа. Повтор доступен в видеоссылке выше. Темы включали:

• Ванная фотополимеризация
  • Содержит стереолитографию (SLA) и цифровую обработку светом (DLP)
• Порошковое наплавление (PBF)
  • Содержит SLS, прямое металлическое лазерное спекание (DMLS), SLM, электронно-лучевое плавление (EBM)
• Струйная печать связующего (BJP)
• Струйная печать материала (MJP)
• Слоистая ламинация (LOM)
• Экструзия материала
  • Содержит моделирование 용융 deposition (FDM)

• Направленное энергетическое накопление (DED)

«Есть несколько ключевых способов, которыми производители и цехи-субподрядчики используют профессиональные 3D принтеры сегодня», говорит Дэйв Вейш, вице-президент инженерии в MakerBot. «Компании используют их для организации рабочего места — для деталей, которые помогают цеху внедрить 5S бережливое производство, сборочные и измерительные приспособления, захваты деталей, калибры, и где высокопрочные пластики адекватны… Вы не собираетесь использовать это для уникально требовательных высокосиловых или высокотемпературных приложений, как печные приспособления, но для многих приспособлений и инструментов приложений, это работает хорошо».

Ключевое преимущество 3D печати: Геометрическая сложность — «бесплатная», говорит Вейш. Например, скажем, вы проектируете захват для подбора и размещения отливки, и у неё сложная форма. Вы можете сгенерировать обратную геометрию отливки в CAD, модифицировать её для приложения и напечатать идеальное совпадение. Поскольку стоимость и время 3D печати движутся в основном объемом детали, нет дополнительной стоимости для труднодостижимых геометрий через традиционные производственные процессы».

Металлическая 3D печать, аддитивное производство: Кто использует это сегодня?

Аддитивное производство с использованием металлического порошка или высокотемпературных термопластиков преимущественно используется в авиакосмическом и оборонном секторе — и на то есть хорошая причина: Эти компании могут позволить себе инвестировать доллары исследования и разработки в более мелкие, иногда сложные детали, которые имеют потенциал снизить затраты или ускорить время поставки. Детали включают: сложные воздуховоды для систем экологического контроля, компоненты ветровых туннелей и БПЛА, баки для топлива и других жидкостей, суррогатные детали и композитные укладки.

«Большинство крупных авиакосмических и оборонных OEM, включая Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, те, у кого большие доходные базы, они все в этом», говорит Барретт. «И другие компании, которые начинают использовать это — биомедицинские фирмы, делающие титановые импланты бедра сегодня. Но вещь, в которую вы сталкиваетесь — стоимость».

OEM хотят иметь возможность выставить работу на тендер и аутсорсить к меньшим производителям. Вызов в том, что стандарты не догнали металлические напечатанные детали пока. Стандарты FAA для авиадеталей, особенно для крупнопассажирских самолетов, могут быть справедливо строгими. Много исследований нужно, чтобы понять, какие незначительные аномалии допустимы — а какие нет.

Прямо сейчас, меньший цех-субподрядчик может напечатать металлическую деталь для OEM, но он может использовать только, например, один вид металлического порошка в своей машине по стандарту на одной одобренной машине — и так ограничения дорогие, говорит Барретт. Цехи-субподрядчики нуждаются в гибкости для получения прибыли.

Узнайте, как один авиакосмический и оборонный производитель нашел нишу в 3D аддитивной работе. Читайте «Как вывести 3D напечатанную деталь на рынок в авиакосмике».

«Хорошая новость в том, что в следующие 5–10 лет стандарты начнут иметь влияние», говорит Барретт. «В настоящее время NIST (Национальный институт стандартов и технологий) делает много исследований здесь».

Но это не ограничено авиакосмикой или имплантами. Другие медицинские инструменты делаются, такие как ручные устройства, медицинские тележки и хирургические направляющие и инструменты, а также детали для энергетики, транспорта и потребительских товаров. В нефти и газе детали производятся для роторов и статоров. В автомобиле компании делают панели, кастомные интерьеры и решетки. И для потребителей, думайте форма и подгонка: оправы для очков и предпроизводственные дизайны.

Нужен ли вам ответ на технический вопрос? Спросите MSC Metalworking Tech Team на форуме.

MakerBot's Method нацелен на профессиональный рынок и цехи-субподрядчики

Одна из компаний, которая набрала много тяги и внимания во время первого потребительского принятия 3D печати, была MakerBot. Компания, которая была куплена Stratasys в 2013 году, потратила последние несколько лет, фокусируясь на исследованиях и разработках за пределами хоббистских и образовательных рынков. Stratasys делал 3D детали для Airbus с 2015 года.

Прошлым декабря MakerBot запустил более продвинутую 3D печатную машину, нацеленную на профессиональный рынок, под названием Method, которая стоит около трети от начального промышленного 3D принтера. MakerBot сотрудничал с Stratasys в разработке технологии, используемой в новой машине. Method — первая новая аппаратная платформа примерно за три года для MakerBot.

«Это действительно первая платформа, которую мы разработали с нуля как аффилированную Stratasys», говорит Вейш. «Это комбинация интеллектуальной собственности Stratasys и обширных знаний и дизайнерской и инженерной ДНК MakerBot … , Мы не смогли бы успешно реализовать эту машину без обеих частей».

Набор функций Method полностью отличается, и он более надежный, чем настольные 3D печатные машины, утверждает он. Этот набор функций включает двойную экструзию твердой модельного материала и растворимого PVA — который является водорастворимым пластиком — и металлический ЧПУ обработанный корпус, сухие запечатанные бункеры материала и циркулирующая нагретая камера, создающая теплую подушку воздуха, необходимую для создания контролируемой среды. Каждый добавляемый слой видит одну и ту же среду.

Чтобы увидеть вещи в действии, посмотрите этот интеграционный вебинар по 3D печати и ЧПУ обработке [Источник: MakerBot]

«Это то, что вы видите на промышленных 3D принтерах, начинающихся в десятках тысяч долларов, и вы не видите это в настольном мире», говорит Вейш. Настольные 3D принтеры используют хоббистскую архитектуру, которая не обеспечивает повторяемой размерной точности, делая их неадекватными для многих производственных приложений с тесными допусками.

Поскольку печатная среда на настольных 3D принтерах не так контролирована, как на промышленных 3D принтерах, точность и аптайм машины также страдают. В большинстве настольных 3D принтеров, по мере того как вы движетесь вверх по Z направлению, деталь подвергается более холодной среде, что делает слой слабеющим и деталь деформируется по-разному.

С Method, MakerBot заявляет давать допуски для готовой детали в плюс-минус 0,2 миллиметра для первых 100 миллиметров в осях X, Y и Z — а затем оно масштабируется в той же пропорции, 0,002 миллиметра на миллиметр для любых размеров, которые превышают 100 миллиметров.

«Так что это не совсем точность ЧПУ обработки, но это определенно достаточно близко для большинства приспособлений, фикстур, инструментов и прототипирования», говорит Вейш. «И это в линейке с допусками пластикового литье по производству. Вы не видите заявлений о размерной точности в большинстве настольных 3D печатей, и MakerBot не делал заявлений о точности готовой детали на предыдущих машинах … Вы на самом деле не видите заявлений о размерной точности для деталей [в большинстве настольных 3D печатей] … Заметно, что это первый принтер, который мы запустили, который может действительно печатать любую геометрию из-за растворимого поддержевания, и может печатать её с согласованной точностью детали из-за особенностей машины и контроля».

Используете ли вы 3D печать для изготовления прототипов, приспособлений и фикстур сегодня? Поговорите об этом в форуме. [требуется регистрация]