Лекция. Инновационные технологии. Аддитивные технологии

Лекция. Инновационные технологии. Аддитивные технологии

Понятие аддитивных технологий

Применение новых технологий – главный тренд последних лет в любой сфере промышленного производства. Каждое предприятие в России и мире стремится создавать более дешевую, но при этом надежную и качественную продукцию, используя самые совершенные методы и материалы. Использование аддитивных технологий – один из ярчайших примеров того, как новые разработки и оборудование могут существенно улучшать традиционное производство.

Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на основе компьютерной 3D-модели. Такой процесс создания объекта также называют «выращиванием» из-за постепенности изготовления. Если при традиционном производстве на начальном этапе мы имеем заготовку, от которой отсекаем все лишнее, либо деформируем ее, то в случае с аддитивными технологиями из аморфного расходного материала выращивается новое изделие. В зависимости от технологии объект может строиться снизу вверх или наоборот – получать различные свойства. Общая схема последовательности этапов аддитивного производства представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема последовательности этапов аддитивного производства

Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня 3D-принтеры, олицетворяющие аддитивное производство, способны работать не только с ними, но и с инженерными пластиками, композитными порошками, различными типами металлов, керамикой, песком. Аддитивные технологии активно используются в машиностроении, промышленности, науке, образовании, проектировании, медицине, литейном производстве и многих других сферах (https: //extxe. com/5864/additivnye-tehnologii-i-additivnoe-proizvodstvo/ ).

Рывок развития аддитивных технологий состоялся благодаря быстрому совершенствованию электронной вычислительной техники и программного обеспечения. С середины 80-х годов начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов путем послойного «выращивания» модели.

У этих технологий существуют разные названия, например, Fast Free Form Fabrication или Solid Freeform Fabrication, но в России больше всего прижился термин – быстрое прототипирование.

Классической и наиболее точной аддитивной технологией является SLA-технология или стереолитография. В начале 80-х годов американец Чарльз Халл (Charles W. Hull), занимался разработкой и реализацией концепции трехмерной печати. В 1986 году он получил патент на стереолитографию и позже основал компанию «3D Systems».

Устройство, которое изобрел Халл, «выращивало» смоделированный на компьютере 3D- объект из жидкой фотополимеризующейся композиции (ФПК), нанося её слой за слоем на подвижную платформу, погружаемую в ванну с фотополимеризующейся композицией. Толщина каждого отдельного слоя составляла примерно 0, 1–0, 2 мм.

Одной из причин создания аддитивных технологий можно считать экономию времени. Халл как технолог постоянно сталкивался с проблемой, что много времени требуется на изготовление даже небольших опытных образцов из пластика, ему приходилось ждать месяцы, чтобы протестировать новые изделия. И он разработал систему, которая позволяла воздействовать ультрафиолетом на емкость с материалом, называемым фотополимером. Этот материал переходит из своего естественного – жидкого – состояния в твердое под действием ультрафиолетовых лучей. Таким образом, он мог создавать форму, продолжая накладывать слои, пока объект не будет готов. Постепенно технология совершенствовалась, и компания «3D Systems» стала известной, в том числе, и среди автопроизводителей. Вскоре General Motors и Mercedes-Benz начали применять технологии «3D Systems» для производства и испытания промышленных образцов, что позволило им ускорить технологический процесс, сэкономив целые месяцы.

Приблизительно в то же время Скотт Крамп разработал первый в мире FDМ-аппарат, работа которого заключалась в «послойной заливке расплавленным материалом».

Первоначально обе технологии предназначались для получения моделей и макетов проектируемых изделий. В настоящее же время с помощью 3D-принтеров можно получать уже конечные готовые продукты.