Additiiviset tekniikat

Additiiviset tekniikat
Tuotteet työkappale [d] ja 3D-objekti [d]
Vastapäätä Koneistus
Stack Exchange -sivusto 3dprinting.stackexchange.com
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Additiiviset teknologiat ( eng.  Additive Manufacturing ) - teknologiat esineiden kerroskerroksiseen rakentamiseen ja synteesiin . Ns.  fabber-teknologia ( eng.  fabber technology , myös nimi "3D-tulostus" on yleinen) on joukko teknologisia menetelmiä tuotteiden ja prototyyppien valmistamiseksi, joka perustuu tuotteen vaiheittaiseen muodostukseen lisäämällä materiaalia pohjaan ( alusta tai työkappale).

Historia

1980-luvun alussa alkoi kehittyä uusia osien valmistusmenetelmiä, jotka eivät perustu materiaalin poistamiseen perinteisinä koneistustekniikoina, vaan tuotteen kerros kerrokselta tuottamiseen CAD : llä saadusta kolmiulotteisesta mallista lisäämällä materiaalit muovi-, keramiikka-, metallijauheiden muodossa ja niiden sitominen lämpö-, diffuusio- tai liimamenetelmällä [1] [2] [3] . Näiden tekniikoiden ryhmä lännessä on saanut nimen "lisäainevalmistus" ( eng.  Additive Manufacturing ). Kolmessa vuosikymmenessä tekniikka on siirtynyt paperi- ja muoviprototyyppien valmistamisesta suoraan valmiiden toiminnallisten tuotteiden valmistukseen [1] [2] [3] [4] . Tähän mennessä teknologia mahdollistaa metallien ja ei-metallisten prototyyppien ja toiminnallisten tuotteiden valmistamisen, jotka eivät vaadi mekaanista jälkikäsittelyä [1] [2] [3] [5] .

Additiiviset valmistustekniikat ovat tehneet merkittävän läpimurron elektronisen laskentatekniikan ja ohjelmistojen nopean kehittymisen ansiosta. Lisäaineiden valmistuksen nykyaikaisten markkinoiden koko on noin 1,3 miljardia dollaria [6] , mukaan lukien erikoislaitteiden tuotanto ja palvelujen tarjoaminen suhteessa noin 1/1. Venäjän osuus lisäainevalmistustekniikoita aktiivisesti kehittävistä ja soveltavista maista on noin 1,2 % (USA - 39,1 %, Japani - 12,2 %, Saksa - 8,0 %, Kiina - 7,7 %) ja osoittaa kestävää kasvua.

Kuvaus

Additiivisten teknologioiden sovelluksista kysytyintä on funktionaalisten tuotteiden tuotanto kiinnostavimpien teollisuudenalojen tarpeisiin, kuten ilmailu-, auto- ja konepajateollisuus, sotilas-teollinen kompleksi, lääketiede proteesin osalta, eli missä on on kiireellinen tarve valmistaa erittäin tarkkoja tuotteita ja niiden prototyyppejä mahdollisimman lyhyessä ajassa [7] .

3D-tulostin

Erilliset tekniikat

Selektiivinen lasersulatus (SLM, eng.  SLM ) on kerros kerrokselta lisättävä valmistustekniikka, jossa käytetään laseria [3] . Nykyään SLM-menetelmä on nopeimmin kasvava teknologia lisäainevalmistusmenetelmistä. Teknologian suorituskyvyn ongelma on kuitenkin akuutti, mikä rajoittaa sen leviämistä nykyaikaisen teollisuuden tarpeisiin [8] . Teknologian suuri kysyntä johtuu lopputuotteen valmistuksen saavutettavissa olevasta laadusta: vaadittavasta karkeudesta, tuotteen kriittisten elementtien toimeenpanomittojen tarkkuudesta, tuotteen suunnittelun ja teknisten elementtien valmistuksen vähimmäispaksuudesta. muoto, joka voidaan taata pienellä laserpisteen säteellä (jopa 20 μm).

Laserstereolitografia ( laserstereolitografia, SLA ) - esine muodostetaan erityisestä nestemäisestä valopolymeeristä , joka kovettuu lasersäteilyn (tai elohopealampun säteilyn ) vaikutuksesta. Tässä tapauksessa lasersäteily muodostaa pinnalle kehitettävän kohteen virtakerroksen, jonka jälkeen kohde upotetaan valopolymeeriin yhden kerroksen paksuiseksi, jotta laser voi alkaa muodostaa seuraavaa kerrosta [1] [2 ] [3] . Tästä tekniikasta on myös muunnelma - SLA-DLP, jossa laserin sijasta käytetään DLP-projektoria (tässä tapauksessa koko kerros muodostetaan kerralla, mikä nopeuttaa tulostusprosessia).
Huomautus: Korkearesoluutioisissa tulostimissa käytetään seuraavaa kaaviota: säteilylähde sijoitetaan pohjalle (läpinäkyvän säiliön alle, jossa on fotopolymeeri), joka muodostuu säiliön pohjan ja edellisen kerroksen väliseen rakoon (tai jos se on ensimmäinen kerros säiliön pohjan ja alustan välissä) kehitetyn kohteen nykyinen kerros, jonka jälkeen alusta, jossa kohde kohoaa yhden kerroksen paksuiseksi.

Selektiivinen lasersintraus ( SLS , myös suora metallilasersintraus , DMLS ) - esine muodostetaan sulavasta jauhemateriaalista (muovista, metallista) sulattamalla se lasersäteilyn vaikutuksesta [1] [2] [3] . Jauhemaista materiaalia levitetään alustalle ohuena yhtenäisenä kerroksena (yleensä erityisellä tasoitustelalla), minkä jälkeen lasersäteily muodostaa pintaan kehitettävän kohteen virtakerroksen. Sitten alusta lasketaan yhden kerroksen paksuiseksi ja jauhemainen materiaali levitetään uudelleen sille. Tämä tekniikka ei tarvitse kehitetyn kohteen "ilmassa roikkuvien" elementtien tukirakenteita, koska ontelot täytetään jauheella. Sintraamiseen tarvittavan energian vähentämiseksi työkammion lämpötila pidetään yleensä juuri työmateriaalin sulamispisteen alapuolella ja hapettumisen estämiseksi prosessi tapahtuu hapettomassa ympäristössä.

Elektronisuihkusulatus ( EBM ) on SLS/DMLS:n kaltainen tekniikka, vain tässä kohde muodostetaan sulattamalla metallijauhe elektronisuihkulla tyhjiössä [1] [2] [3] . Tulenkestävien metalliosien laajamittainen 3D-tulostus Sciakyn EBAM- teknologialla [9] .

Fused Deposition -mallinnus (FDM ) - esine muodostetaan asettamalla kerros kerrokselta sulaa lankaa sulavasta työmateriaalista (muovista, metallista, vahasta). Työmateriaali syötetään suulakepuristuspäähän , joka puristaa ohuen langan sulaa materiaalia jäähdytetylle alustalle muodostaen siten kehitettävän kohteen nykyisen kerroksen. Alusta lasketaan sitten yhden kerroksen paksuiseksi, jotta seuraava kerros voidaan levittää [1] [2] [3] [10] . Usein tämä tekniikka sisältää kaksi työpäätä - toinen puristaa työstettävän materiaalin alustalle, toinen - tukimateriaalia. Esimerkki tekstin tulostamisesta FDM-menetelmälläYouTube-logo 

Multi -jet modeling ( MJM ) - samanlainen kuin FDM, mutta suulakepuristuksen sijaan käytetään mustesuihkutulostusta.

Esineiden valmistus laminoinnilla ( englanniksi  laminated object production, LOM ) - esine muodostetaan liimaamalla kerros kerrokselta (kuumennus, paine) ohuita työmateriaalikalvoja leikkaamalla (lasersäteellä tai leikkaustyökalulla) kunkin kerroksen vastaavat ääriviivat. Tyhjiöiden puuttumisen vuoksi tämä tekniikka ei tarvitse kehitetyn kohteen "ilmassa roikkuvien" elementtien tukirakenteita, mutta ylimääräisen materiaalin poistaminen (yleensä se jaetaan pieniksi paloiksi) voi joissain tilanteissa olla vaikeaa. [1] [2] [3] .

3D-tulostus ( 3D Printing, 3DP ) muistuttaa SLS-tekniikkaa, vain sulatusta ei käytetä tässä: jauhemateriaalista muodostetaan esineliimaamalla , nestemäisen liiman levittämiseen mustesuihkutulostuksella. Tämä tekniikka mahdollistaa värimallinnuksen lisäämällä väriaineita liimaan (suoraan tulostuksen aikana) tai käyttämällä useita tulostuspäitä värillisen liiman kanssa.

Ultraäänilevitaatioon perustuva 3D-tulostustekniikka , jonka avulla voidaan luoda tietyn muotoisia kolmiulotteisia esineitä ilmassa leijuvista hehkuvista hiukkasista . Tomskin osavaltion yliopiston tutkijoiden luoma toimiva prototyyppi tällaisesta kankaasta odotetaan vuonna 2020. [11]

Laskennallinen aksiaalinen litografia on tietokonetomografiaan perustuva 3D - tulostustekniikka   esineiden luomiseen valokovettuvasta hartsista.

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Slusar  , V.I. - 2002. - Nro 1. - S. 5-7.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Slyusar, V. I. Fabber-technologies  : Uusi työkalu kolmiulotteiseen mallinnukseen // Elektroniikka: zhurn. - 2003. - Nro 5.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Slyusar, V. I. Tehdas jokaiseen kotiin // Maailman ympäri: lehti. - 2008. - nro 1 (2808) (tammikuu). — S. 96-102.
  4. ↑ Grigoriev, S. N. Innovatiivisen lisäainevalmistuksen kehitysnäkymät Venäjällä ja ulkomailla  / S. N. Grigoriev, I. Yu. Smurov // Innovations: zhurn. - 2013. - T. 10, nro 180. - S. 76-82. - ISSN 2071-3010 .
  5. ↑ Volosova, Marina. Erittäin tehokkaat käsittelytekniikat / Marina Volosova, Andrey Maslov, Anna Okounkova … [ et al. ] . - M  .: Mashinostroenie, 2014. - 256 s. - ISBN 978-5-94275-756-4 .
  6. ↑ Tietoja raportista  . Wohlers Associates. Haettu 25. syyskuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 25. syyskuuta 2018.
  7. ↑ Smurov, I. Yu. Kokeellinen lisäaineen suora tuotanto laserilla  / I. Yu . - 2012. - nro 2 (20). — ISSN 2072-3172 .
  8. ↑ Laserlisäaineiden valmistuksen tuottavuudesta: [ eng. ] // Journal of Materials Processing Technology. - 2018. - T. 261 (marraskuu). — s. 213–232. — ISSN 0924-0136 . - doi : 10.1016/j.jmatprotec.2018.05.033 .
  9. ↑ Laajamittainen metallin 3D-tulostus Sciakyn EBAM-teknologialla . 3D tänään (20. tammikuuta 2015). Haettu 14. syyskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 21. tammikuuta 2019.
  10. ↑ Lab 3D. 3D FDM-tulostus Arkistoitu 5. syyskuuta 2018 Wayback Machinessa // zen.yandex.ru
  11. ↑ Tomskin fyysikot ovat luoneet uudentyyppisen 3D-tulostimen, joka perustuu ultraäänilevitaatioon . Izvestia (7. toukokuuta 2019). Haettu 14. syyskuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 20. elokuuta 2019.

Linkit