Что такое аддитивное производство?

Аддитивное производство, или 3D-печать, - способ промышленного производства, который характеризуется созданием 3D-объектов посредством последовательного наслоения материала. Такая технология влияет на изменение процессов создания продуктов, что уменьшает количество отходов, а также предоставляет возможность изготовления сложных конструкций, которые трудно изготовить при помощи традиционных способов.

Чтобы изготовить деталь, аддитивное производство использует 3D-модель, изготовленную с помощью CAD-системы. На основе спроектированной модели производится трехмерный объект путем добавления и сплавления слоя за слоем материала. Согласно статистическим данным, аддитивное производство оказало наибольшее влияние на развитие промышленного мира за последние 35 лет.

История

Чак Халл – это американский инженер, работавший в 3D Systems Corporation, стал изобретателем 3D-печати. Она была разработана 1983 году и получила название стерелитография, в результате такого процесса также получались твердые объекты. Помимо этого, Чак Халл изобрел первую технологию быстрого прототипирования, а также формат файлов STL. Его открытия: формат файлов STL, цифровая нарезка слоев, стратегии заполнения применяются в аддитивном производстве и в наше время.

С развитием технологий появляются новые методы. Но так как технология является относительно новой, компании, разрабатывающие и внедряющие все новые методы, могут применять для них новые маркетинговые термины, при этом оставляя саму технику производства прежней.

Технический комитет ASTM international дал общее название для этих процессов – аддитивное производство – так как по сравнению с субтрактивным производством такая технология производит изделия путем добавления материала.

Таким образом, стандарт ISO/ASTM выделяет семь типов аддитивного производства в зависимости от методов создания слоев, источника энергии и плавящего материала.

7 основных процессов аддитивного производства

Каждый из семи технологий аддитивного производства использует разные процессы, то есть способы создания слоев, и используемые материалы, что является главным основанием для классификации тех или иных технологий.

Семь основных технологий аддитивного производства:

• Фотополимеризация
• Экструзия материала
• Струйная подача материала
• Струйная подача связующего
• Сплавление в порошковой среде
• Направленная энергия
• Листовое ламинирование

Рассмотрим каждый из способов более подробно.

Фотополимеризация

Данный способ создания трехмерных объектов характеризуется применением смолы, которая отверждается излучением или фотополимеров, выборочно подвергающихся воздействию ультрафиолетового излучения. Воздействие излучения делает эти материалы химически активными, они вступают в химическую реакцию твердеют. Стоит учесть, что такая технология позволяет печатать изделия только пластиком.

С помощью такого метода получаются детали с высоким качеством, что обеспечивает ему широкое применение в стоматологии и ювелирном деле.

В данной категории есть три основных типа: стереолитография, цифровая обработка светом и непрерывная световая обработка светом.

Струйная подача связующего вещества

Такой метод характеризуется выборочной подачей связующего вещества на порошковый материал для его соединения и формирования необходимого трехмерного изделия. Отличием данного процесса от других аддитивных методов является то, что в данном случае не применяют нагрев для соединения материала, поэтому такой метод подходит для многих материалов, включая металлы и керамику.

Направленная энергия

Данная технология применяет сфокусированную тепловую энергию, например, такую как лазер, электронный луч и плазменную дугу. С помощью такой энергии наносимые материалы расплавляются и создают необходимый трехмерный объект.

Основными технологиями этого процесса являются LENS и EBAM. В EBAM для расплавления применяют электронный луч, а в LENS – сфокусированный лазер.

Экструзия материала

Экструзия характеризуется изготовлением деталей при помощи непрерывной нити из термопластика или композитного материала. Такую нить пропускают через нагретое сопло, после чего материал наносят слой за слоем, создавая объект.

Струйная подача материала

Данный процесс заключается в построении трехмерного объекта каплями материала путем выборочного наслоения на платформу для построения. После того, как слой нанесли, его подвергают ультрафиолетовому излучению, чтобы слой затвердел.

Сплавление порошкового слоя

При такой технологии применяют лазер или электронный луч, который расплавляет и сплавляет порошок, чтобы сформировать трехмерное изделие. Данной технологией пользуются многоструйная печать, электронно-лучевая плавка, селективное лазерное спекание, которое в аддитивном производстве является одним из первых способов, и другие.

Листовое ламинирование

Данная технология производит 3D объекты посредством укладки и ламинирования листов при помощи клея или ультразвуковой сварки. После постройки объекта ненужные области удаляют также послойно.