дипломная работа 3d принтер. Лекция. Аддитивное производство. Лекция. Аддитивное производство. Аддитивное производство (англ additive manufacturing) процесс послойного выращивания
 Скачать 289.93 Kb.
|
|
Лекция. Аддитивное производство. Аддитивное производство (англ.- additive manufacturing) – процесс послойного «выращивания» физического объекта, параметры которого заданы виртуальной моделью. Аддитивное производство является полной противоположностью таких традиционных методов механического производства и обработки, как фрезеровка или резка, где формирование облика изделия происходит за счет удаления лишнего материала (т.н. «субтрактивное производство»). В производстве, особенно машинной обработке, термин «субтрактивные» подразумевает более традиционные методы и является ретронимом, придуманным в последние годы для разграничения традиционных способов и новых аддитивных методов. Хотя традиционное производство использует по сути «аддитивные» методы на протяжении веков (такие, как склепка, сварка и привинчивание), в них отсутствует трехмерная информационная технологическая составляющая. Машинная же обработка (производство деталей точной формы), как правило, основывается на субтрактивных методах - точении, фрезеровании, строгании, сверлении, шлифовании и т.п. Аддитивное производство – процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей, как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки. В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы. В этой динамически развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. 3D-печать, согласно стандарту ISO/ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины «аддитивное производство» и «3D-печать» означают одно и то же. «Аддитивное производство» (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание «3D-печать» более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии инвесторов и других сообществ. Одно из преимуществ аддитивных технологий – возможность создания объектов сложной формы и структуры с высокой точностью. Машины, изготавливающие таким способом детали, принято называть 3D – принтерами.  Рисунок – 3D принтер  Рисунок - Результат 3D печати 3D-принтер «распечатывает» файл, созданный с помощью систем автоматизированного проектирования (CAD, Computer Aided Design), и содержащий модель объекта в трех измерениях, поделенный на цифровые слои. Печатающая головка 3D-принтера выдавливает жидкий материал (или высыпает порошкообразное вещество) на платформу, формируя первый слой. Затем поступает следующая порция и так далее. На сегодняшний день существует несколько разновидностей технологии: селективное лазерное спекание (SLS); директивное лазерное спекание (DMLS); селективное лазерное плавление (SLM); моделирование методом плавления (FDM, FFF); стереолитография (SLA); изготовление расслоенных продуктов (LOM) и др. Первый 3D-принтер был создан основателем компании 3DSystems Чаком Халлом в 1984. Патент Халла 1986 года описывал систему, которую он изобрёл для изготовления трёхмерных объектов, как «стереолитографию». Система работала, используя ультрафиолетовое излучение для отвердения тонкого слоя жидкого пластика, напоминающего чернила, и повторяла этот процесс нужное количество раз, с каждым проходом добавляя очередной слой пластика. С того момента появились другие способы 3D-печати , но все они работают по аддитивной технологии, создавая объекты слой за слоем. На протяжении двадцати лет 3D-принтеры использовались почти исключительно для малозатратного и быстрого создания прототипов (RP, rapid prototyping) из-за низкого качества производимых продуктов. Однако, в последние годы технологии 3D-печати значительно усовершенствовались, как и сами принтеры, которые, к тому же, стали намного более дешевыми. Аддитивное производство становится все более распространенным, оно проникло в аэрокосмическую и автомобильную промышленность, производство различных бытовых предметов, медицину, моду и искусство. Существуют прогнозы, что в ближайшее время среднегодовой темп роста рынка составит 56%. Этому есть несколько объяснений, и большинство из них логически вытекают из преимуществ аддитивных технологий, основные из которых мы перечислим ниже. 1. Значительная экономия средств при запуске производства Запуск производства традиционными методами (создание форм для литья, конвейеров и автоматизации) – долгий и трудоемкий процесс. В аддитивных технологиях данные, необходимые для запуска производства, могут храниться в цифровом виде, воспроизводится бесконечное количество раз без каких-либо материальных затрат. 2. Возможность внести поправки на любом этапе В заводском производстве цена не замеченных на ранних стадиях разработки ошибок огромна. При обнаружении брака после запуска производственной линии придется отозвать всю партию товара и начать все заново. Аддитивные технологии позволяют внести правки на любом этапе разработки и производства: требуется всего лишь открыть и подкорректировать CAD-файл. 3. Быстрая адаптация к постоянно меняющимся условиям на рынке В аддитивном производстве отсутствует эффект масштаба. Стоимость товара, произведенного на 3D-принтере, не существенно зависит от количества единиц продукции, поэтому размер партии можно легко поменять в любую минуту в зависимости от повышения или снижения спроса. 4. Быстрая перенастройка производственной линии Аддитивные технологии позволяют печатать партии, в которых каждый предмет немного отличается от предыдущего, что позволяет создавать производственные линии персонализированных товаров (например, глазных протезов), которые раньше можно было сделать только на заказ и вручную. 5. Доступность и отсутствие привычных ограничений Основные материалы, используемые в аддитивных процессах: воск; пастообразные пластики; УФ- и фотоотверждаемые жидкие фотополимеры; керамонаполненные жидкие фотополимеры; гипсовый порошок; полистирол в виде порошка; стеклонаполненные, угленаполненные и металлонаполненные полиамиды в виде порошка; металлические сплавы в виде порошка и др. 3D-печать активно используется в авиакосмической, автомобильной, нефтегазовой промышленности, в судостроении, медицине, ювелирном деле и многих других отраслях Проектные и производственные предприятия используют АП для изготовления изделий потребительского, промышленного, медицинского и военного назначения, и это далеко не все. Камеры, мобильные телефоны, детали двигателей, внутренняя отделка автомобилей, детали и узлы самолетов, станки и медицинские имплантаты — лишь начало обширнейшего списка продуктов аддитивного производства. АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации 3D-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки. Первые попытки были направлены на быстрое создание оснастки, например, форм для литья под давлением, но они не были успешными. В последнее время 3D-печать стали использовать для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки. 3D-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, производство готовых изделий станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы. Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства; в будущем их роль будет все больше возрастать. В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным РосНАНО, около 30% в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению 3D-решений на отдельных участках технологического цикла. Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет – пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, совершенно очевидно, что в недалеком будущем, с полноценной реализацией модели Индустрии 4.0, аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии. Безусловно, аддитивное производство не лишено определенных ограничений: несмотря на усилия ученых, произвести на 3D-принтере человеческую почку или печень для трансплантации им пока не удается; выгоды аддитивного производства для самых массовых секторов промышленности все еще незначительны; на рынке присутствует весьма ограниченное количество материалов для 3D-печати, а качественные принтеры и программное обеспечение доступны далеко не каждому. Тем не менее, очевидно, что информационные технологии в очередной раз стоят на пороге того, чтобы революционизировать материальное производство. Получится ли это у 3D-печати – станет видно уже через несколько лет. Но аддитивное производство — это лишь один пример из ряда прорывов, которые приведут к созданию фабрики будущего, обычное технологическое оборудование тоже становится более умным и гибким. Вопросы: 1. Поясните термины «аддитивное производство», «субтрактивное производство». 2. Что такое 3D-принтеры? 3. Какие технологии 3D – печати Вы можете назвать? 4. Какие материалы используют для 3D – печати. 5. В чем основные достоинства и недостатки аддитивного производства? |