Teknologi aditif: deskripsi, definisi, fitur aplikasi dan umpan balik. Teknologi aditif di industri

Teknologi cetak 3D muncul pada tahun 1986, ketika 3D Systems Company mengembangkan printer khusus pertama - sebuah mesin untuk stereolithography, yang digunakan di industri pertahanan. Perangkat pertama sangat mahal, dan pilihan bahan untuk membuat model terbatas. Perkembangan cepat pencetakan 3D dimulai dengan pengembangan teknologi CAD (desain, perhitungan dan pemodelan (CAE) dan pengolahan mekanis (CAM). Dan hari ini sulit untuk menemukan area produksi di mana printer 3D tidak digunakan: dengan bantuan mereka, bagian pesawat terbang, kendaraan luar angkasa, kapal selam, peralatan, prostesis dan implan, perhiasan, dll dibuat. Prospeknya jelas - teknologi aditif akan segera menjadi teknologi prioritas teknik. .

Negara-negara terkemuka di dunia secara aktif termasuk dalam perlombaan 3D. Jadi, pada tahun 2012 di Youngstown, Ohio, lembaga inovasi produksi aditif NAMII - pusat teknologi aditif pertama dari 15 negara yang diciptakan di Amerika Serikat dibuka. Taman mesin Institut ini sudah memiliki 10 mesin aditif, tiga di antaranya adalah mesin paling modern untuk membuat bagian logam.

Terminologi dan klasifikasi

Inti dari teknologi aditif adalah menghubungkan bahan untuk membuat objek dari lapisan data model 3D per lapisan. Dengan cara ini, mereka berbeda dari teknologi manufaktur subtraktif konvensional, yang menyiratkan pemrosesan mekanis - pemindahan materi dari billet.

Teknologi aditif diklasifikasikan:

• Pada bahan yang digunakan (cairan, bulk, polimer, bubuk logam);
• Dengan adanya laser;
• Dengan metode memperbaiki lapisan konstruksi (paparan termal, iradiasi dengan ultraviolet atau cahaya tampak, pengikat);
• Dengan metode pembentukan lapisan.

Ada dua cara untuk membentuk lapisan. Yang pertama adalah bahwa bahan bubuk pertama kali dituangkan ke platform, didistribusikan oleh roller atau pisau untuk membuat lapisan bahan dengan ketebalan yang sama. Ada perlakuan selektif bubuk dengan laser atau metode lain untuk bergabung dengan partikel bubuk (dengan memadukan atau menempelkan) sesuai dengan penampang model CAD saat ini. Bidang konstruksi tidak berubah, dan beberapa bubuk tetap tidak tersentuh. Metode ini disebut selective synthesis, serta selective laser sintering, jika alat junction adalah laser. Metode kedua terdiri dari langsung menyetorkan bahan pada titik pasokan energi.

ASTM, yang mengembangkan standar industri, membagi teknologi aditif 3D menjadi 7 kategori.

1. Extrude materi. Bahan seperti pasta diumpankan ke titik konstruksi melalui alat ekstrusi yang dipanaskan, yang merupakan campuran dari bahan pengikat dan serbuk logam. Model kasar yang dibangun ditempatkan di oven untuk menghilangkan pengikat dan bedak bubuk - sama seperti pada teknologi tradisional. Teknologi aditif ini diimplementasikan dengan merek MJS (Multiphase Jet Solidification, multi-phase jet curing), FDM (Fused Deposition Modeling), FFF (Fused Filament Fabrication, produksi dengan menggabungkan filamen).
2. Penyemprotan bahan. Misalnya, dalam teknologi Polyjet, lilin atau photopolymer pada kepala multi-jet diumpankan ke lokasi konstruksi. Teknologi aditif ini disebut juga Multi Jetting Material.
3. Penyemprotan pengikat. Ini termasuk teknologi injeksi Inkjet Ink-Jet di zona konstruksi bahan non-model, dan pereaksi pengikat (teknologi add-on ExOne).
4. Jointing dari bahan lembaran. Bahan bangunannya adalah film polimer, lembaran logam, lembaran kertas, dll. Bekas, misalnya, dalam teknologi produksi aditif ultrasonik Fabrisonic. Pelat tipis logam dilas ultrasonik, setelah logam berlebih dilepaskan dengan penggilingan. Teknologi aditif digunakan bersamaan dengan substrat.
5. Photopolymerization di bak mandi. Teknologi ini menggunakan bahan model cair - resin photopolymer. Contohnya adalah teknologi SLA dari 3D Systems dan teknologi DLP dari Envisiontec, Digital Light Processions.
6. Melelehkan material pada lapisan yang telah terbentuk sebelumnya. Digunakan pada teknologi SLS, digunakan sebagai sumber energi laser atau thermal head (SHS perusahaan Blueprinter).
7. Pasokan energi langsung ke lokasi konstruksi. Bahan dan energi untuk mencairnya memasuki titik konstruksi secara bersamaan. Sebagai bodi kerja, kepala digunakan, dilengkapi dengan sistem untuk memasok energi dan material. Energi datang dalam bentuk berkas elektron terkonsentrasi (Sciaky) atau sinar laser (POM, Optomec,). Terkadang kepala dipasang pada "lengan" robot.

Klasifikasi ini menunjukkan lebih banyak tentang seluk beluk teknologi aditif daripada yang sebelumnya.

Aplikasi

Pasar teknologi aditif dalam dinamika pembangunan berada di depan industri lainnya. Pertumbuhan tahunan rata-rata diperkirakan mencapai 27% dan, menurut IDC, pada 2019 akan menjadi 26,7 miliar dolar AS, dibandingkan dengan 11 miliar pada tahun 2015.

Namun, pasar AT belum mengungkapkan potensi yang belum tergali di bidang produksi barang konsumsi. Sampai 10% dana perusahaan dari biaya produksi barang dihabiskan untuk prototipenya. Dan banyak perusahaan yang sudah menempati segmen pasar ini. Namun sisa 90% masuk ke produksi, sehingga pembuatan aplikasi untuk produksi barang yang cepat akan menjadi arahan utama pengembangan industri ini di masa depan.

Pada 2014, pangsa prototip cepat di pasar teknologi aditif, meski mengalami penurunan, tetap terbesar - 35%, pangsa produksi yang cepat tumbuh dan mencapai 31%, pangsa dalam penciptaan alat tetap sebesar 25%, sisanya adalah penelitian dan edukasi.

Dengan cabang ekonomi penerapan teknologi AT didistribusikan sebagai berikut:

• 21% - produksi barang konsumsi dan barang elektronik;
• 20% - manufaktur mobil;
• 15% - obat-obatan, termasuk kedokteran gigi;
• 12% - konstruksi pesawat terbang dan industri antariksa;
• 11% - produksi alat produksi;
• 8% - peralatan militer;
• 8% - pendidikan;
• 3% - konstruksi

Pecinta dan Profesional

Pasar AT-teknologi terbagi menjadi amatir dan profesional. Pasar amatir mencakup printer 3D dan layanan mereka, yang mencakup layanan, persediaan, perangkat lunak, dan dirancang untuk penggemar individu, pendidikan dan visualisasi gagasan dan memfasilitasi komunikasi pada tahap awal pengembangan bisnis baru.

Printer 3D profesional mahal dan cocok untuk reproduksi yang diperluas. Mereka memiliki area konstruksi yang besar, produktivitas, akurasi, keandalan, perluasan berbagai bahan model. Mesin ini adalah urutan besarnya yang lebih rumit dan memerlukan penguasaan keterampilan khusus untuk bekerja dengan perangkat itu sendiri, dengan bahan dan perangkat lunak model. Sebagai aturan, spesialis teknologi aditif dengan pendidikan teknik yang lebih tinggi menjadi operator mesin profesional.

Teknologi aditif di tahun 2015

Menurut laporan Wohlers 2015, dari tahun 1988 sampai 2014, 79.602 printer 3D industri dipasang di seluruh dunia. Pada saat yang sama, 38,1% perangkat dengan biaya lebih dari 5 ribu dolar AS menyumbang Amerika Serikat, 9,3% - untuk Jepang, 9,2% - untuk China, dan 8,7% - untuk Jerman. Seluruh dunia berada dalam jarak yang jauh dari para pemimpin. Dari tahun 2007 sampai 2014, penjualan printer desktop tahunan meningkat dari 66 menjadi 139.584 perangkat. Pada tahun 2014, 91,6% penjualan menyumbang printer 3D desktop dan 8,4% - untuk fasilitas produksi aditif industri, namun keuntungannya adalah 86,6% dari total, atau $ 1,12 miliar pada Ekspresi absolut. Mesin meja puas dengan $ 173,2 juta dan 13,4%. Pada 2016, penjualan diperkirakan akan meningkat menjadi 7,3 miliar dollar AS, pada 2018 - 12,7 miliar, pada 2020 pasar akan mencapai 21,2 miliar dolar.

Menurut Wohlers, teknologi FDM berlaku, berjumlah sekitar 300 merek di seluruh dunia, melengkapi setiap hari dengan modifikasi baru. Beberapa dari mereka hanya dijual secara lokal, jadi sangat sulit, jika memungkinkan, untuk menemukan informasi jumlah merek yang diproduksi oleh printer 3D. Dengan percaya diri, kita bisa mengatakan bahwa jumlah mereka di pasar meningkat setiap hari. Ada berbagai macam ukuran dan teknologi yang digunakan. Sebagai contoh, perusahaan Berlin BigRep menghasilkan printer FDM besar bernama BigRep ONE.2 dengan harga 36 ribu euro, mampu mencetak benda hingga 900 x 1055 x 1100 mm dengan resolusi 100-1000 mikron, dua pengekstrusi dan kemampuan untuk menggunakan bahan yang berbeda.

Industri - untuk

Industri penerbangan banyak berinvestasi dalam produksi aditif. Penggunaan teknologi aditif akan mengurangi konsumsi bahan yang digunakan untuk pembuatan part dengan faktor 10. Diharapkan perusahaan GE Aviation setiap tahunnya mencetak 40 ribu injector. Dan pada tahun 2018 Airbus akan mencetak hingga 30 ton suku cadang setiap bulannya. Perusahaan mencatat kemajuan yang signifikan dalam karakteristik komponen yang diproduksi dengan cara ini dibandingkan dengan yang tradisional. Ternyata braket itu, yang dirancang untuk 2,3 ton muatan, sebenarnya bisa menahan beban hingga 14 ton sambil mengurangi beratnya setengahnya. Selain itu, perusahaan mencetak komponen dari konektor aluminium sheet and fuel. Di Airbus ada 60 ribu bagian yang dicetak pada printer Fortus 3D dari Stratasys. Perusahaan kedirgantaraan lainnya juga menggunakan teknologi produksi aditif. Di antara mereka: Bell Helicopter, BAE Systems, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Northrop Grumman, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce dan SpaceX.

Teknologi aditif digital sudah digunakan dalam produksi berbagai produk konsumen. Mewujudkan, sebuah layanan manufaktur aditif, bekerja sama dengan Hoet Eyeware dalam pembuatan kacamata untuk penglihatan dan kacamata hitam. Model 3D disediakan oleh berbagai layanan cloud. Hanya Gudang dan Sketchup 3D yang menawarkan 2,7 juta sampel. Industri fashion juga di sela-sela. RS Print menggunakan sistem yang mengukur tekanan satu-satunya untuk mencetak sol masing-masing. Desainer bereksperimen dengan bikini, sepatu dan gaun.

Rapid prototyping

Dengan prototyping yang cepat berarti terciptanya produk prototipe dalam waktu sesingkat mungkin. Ini adalah salah satu aplikasi utama teknologi produksi aditif. Prototipe adalah prototipe produk yang diperlukan untuk mengoptimalkan bentuk bagian, mengevaluasi ergonomi, memeriksa kelayakan perakitan dan kebenaran solusi tata letak. Itulah mengapa mengurangi waktu pembuatan bagian memungkinkan Anda mengurangi secara signifikan waktu pengembangan. Selain itu, prototipe dapat menjadi model yang dirancang untuk melakukan uji aerodinamis dan hidrodinamika atau memeriksa fungsi bagian rumah tangga dan peralatan medis. Banyak prototip yang dibuat sebagai model desain pencarian dengan nuansa dalam konfigurasi, warna pewarnaan, dll. Untuk pembuatan prototip murah printer 3D yang cepat.

Produksi cepat

Teknologi aditif di industri ini memiliki prospek bagus. Produksi produk skala kecil dengan geometri kompleks dan material spesifik biasa terjadi pada pembuatan kapal, rekayasa tenaga, operasi rekonstruktif dan kedokteran gigi, dan industri kedirgantaraan. Kultivasi langsung produk logam di sini dimotivasi oleh kemanfaatan ekonomi, karena metode produksi ini lebih murah. Dengan penggunaan teknologi aditif, badan kerja turbin dan poros, implan dan endoprostheses, suku cadang untuk mobil dan pesawat terbang diproduksi.

Perkembangan produksi cepat juga difasilitasi oleh perluasan jumlah bahan serbuk logam yang tersedia secara signifikan. Jika pada tahun 2000 ada 5-6 jenis serbuk, sekarang nomenklatur lebar ditawarkan, dihitung dalam lusinan komposisi dari baja struktural sampai logam mulia dan paduan tahan panas.

Teknologi canggih dan aditif dalam teknik mesin, dimana bisa digunakan dalam pembuatan alat dan Perangkat untuk produksi serial - sisipan untuk automata termoplastik, cetakan, templat.

Ultimaker 2 - printer 3D terbaik di tahun 2016

Menurut majalah CHIP, yang menguji dan membandingkan karakteristik printer 3D rumah tangga, printer terbaik tahun 2016 adalah model Ultimaker 2 dari Ultimaker 2, Printer 3D Desktop Reniforce RF1000 Conrad dan MakerBot.

Ultimaker 2+ dalam model yang disempurnakan menggunakan teknologi pemodelan dengan memadukan. Printer 3D memiliki ketebalan lapisan terkecil 0,02 mm, waktu perhitungan singkat, biaya cetak rendah (2600 rubel per 1 kg bahan). Fitur Utama:

• Ukuran ruang kerja adalah 223 x 223 x 305 mm;
• Berat - 12,3 kg;
• Ukuran kepala - 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
• Suhu kepala - 180-260 ° C;
• Resolusi lapisan adalah 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 mikron;
• Kecepatan pencetakan - 8-24 mm ³ / s;
• Akurasi XYZ - 12,5-12,55 mikron;
• Bahan - PLA, ABS, CPE dengan diameter 2,85 mm;
• Software - Cura;
• Jenis file yang didukung - STL, OBJ, AMF;
• Konsumsi daya - 221 W;
• Harga - 1 model dasar 895 euro dan 2 495 euro maju.

Menurut pelanggan, printer mudah dipasang dan digunakan. Mereka mencatat resolusi tinggi, mengatur sendiri tempat tidur, berbagai macam bahan bekas, penggunaan perangkat lunak open source. Kerugian dari printer mencakup desain printer yang terbuka, yang dapat menyebabkan luka bakar dengan bahan panas.

Printer Mini 3D LulzBot

Dalam review majalah PC Magazine Ultimaker 2 dan Replicator Desktop 3D Printer juga termasuk di antara tiga besar, namun di sinilah printer Printer LulzBot Mini 3D pertama. Spesifikasinya adalah sebagai berikut:

• Ukuran ruang kerja adalah 152 x 152 x 158 mm;
• Berat - 8,55 kg;
• Suhu kepala - 300 ° C;
• Ketebalan lapisan adalah 0,05-0,5 mm;
• Kecepatan cetak - 275 mm / s pada tinggi lapisan 0,18 mm;
• Material - PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliester, nilon, polikarbonat, PETG, PCTE, PC-ABS, dll dengan diameter 3 mm;
• Software - Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl, dll;
• Konsumsi daya - 300 W;
• Harga - 1 250 dollar AS.

Sciaky EBAM 300

Salah satu mesin produksi aditif terbaik adalah perusahaan EBAM 300 Sciaky. Senjata balok elektron menerapkan lapisan logam pada kecepatan hingga 9 kg per jam.

• Ukuran ruang kerja adalah 5791 x 1219 x 1219 mm;
• Tekanan ruang vakum adalah 1x10 ^-4 Torr;
• Konsumsi daya - sampai 42 kW pada voltase 60 kV;
• Teknologi - ekstrusi;
• Bahan - paduan titanium dan titanium, tantalum, inconel, tungsten, niobium, stainless steel, aluminium, baja, paduan tembaga nikel (70/30 dan 30/70);
• Volume maksimumnya adalah 8605,2 liter;
• Harga - 250 ribu dollar AS.

Teknologi aditif di Rusia

Mesin kelas industri di Rusia tidak diproduksi. Sejauh ini, hanya perkembangan di "Rosatom", pusat laser MSTU. Bauman, Universitas Stankin, Politeknik Universitas Petersburg, Universitas Federal Ural. "Voronezhselimmash", yang memproduksi printer 3D dan "3D" multimedia dan rumah tangga, sedang mengembangkan instalasi aditif industri.

Situasi yang sama dengan bahan habis pakai. Pemimpin dalam pengembangan serbuk dan komposisi bubuk di Rusia adalah VIAM. Mereka menghasilkan bubuk untuk teknologi aditif, yang digunakan dalam perbaikan pisau turbin, yang ditugaskan oleh Perm Aviadvigatel. Kemajuan juga ada di All-Russian Institute of Light Alloys (VILS). Perkembangan dilakukan oleh berbagai pusat teknik di seluruh Federasi Rusia. Rostekh, Cabang Ural Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, UrFU sedang mengembangkan desain mereka sendiri. Tapi mereka tidak mampu memuaskan sedikit pun permintaan 20 ton bedak per tahun.

Dalam hal ini, pemerintah menginstruksikan Kementerian Pendidikan, Kementerian Pembangunan Ekonomi, Kementerian Perindustrian, Kementerian Perhubungan, RAS, FAO, Roskosmos, Rosatom, Rosstandart, lembaga pembangunan untuk membuat program penelitian dan pengembangan yang terkoordinasi. Untuk tujuan ini , diusulkan untuk mengalokasikan alokasi anggaran tambahan , serta mempertimbangkan kemungkinan pendanaan bersama dari dana NWF dan sumber lainnya. Dianjurkan untuk mendukung teknologi produksi baru, termasuk yang aditif, RVC, Rosnano, dana Skolkovo, agensi ekspor Exar, Vnesheconombank. Selain itu, pemerintah, yang diwakili oleh Kementerian Perindustrian dan Perdagangan, akan menyiapkan bagian program negara untuk mengembangkan dan meningkatkan daya saing industri.