Аддитивные технологии. Современные технологии обработки материалов и прототипирование 

Аддитивные технологии

Введение в аддитивное производство

Основные этапы аддитивного производства.

Аддитивные технологии – обобщённое название группы технологий, основанных на создании физического объекта на основе цифровой модели путём добавления материала, как правило, слой за слоем или синтеза на основу в виде плоской поверхности или осевой заготовки.
Аддитивное производство включает в себя несколько основных шагов от разработки 3D модели до получения готового продукта.

1. 3D модель
Создание цифровой модели – первый этап аддитивного производства. Самый популярный способ – создание 3D модели в системах автоматизированного проектирования (CAD). К вашим услугам есть множество бесплатных и профессиональных CAD-программ, которые совместимы с аддитивным производством. Также вы можете использовать метод обратной разработки – вы можете получить 3D модель путём 3D сканирования уже созданного изделия.

Стоит учитывать некоторые конструктивные особенности 3D моделирования для последующего аддитивного производства. В основном они касаются ограничений, связанных с мощностью производственного оборудования и могут различаться в зависимости от желаемых материалов и технологий.

2. STL файл
Сохранение созданной CAD-модели в STL (stereolithography) файл – один из важнейших этапов аддитивного производства. STL кодирует поверхность объекта, используя многоугольники. При конвертации в STL следует учитывать существующие ограничения для 3D моделей, в том числе физический размер, водонепроницаемость и допустимое количество многоугольников.

Когда STL файл создан, он загружается в слайсер - программу, с помощью которой 3D-модель нарезается на ряд 2D-слоев. Результат работы слайсера — G-код, в котором отражены все параметры печати, которые будут переданы на производственное оборудование. Также в G-коде можно отредактировать нужные параметры в ручном режиме.

3. Печать
3D принтеры зачастую состоят из множества небольших взаимодействующих частей. Качество их взаимодействия и калибровки напрямую влияет на качество 3D печати. На этом же этапе в принтер загружают материал, который зачастую имеет ограниченный срок годности и требует бережного хранения. Некоторые производственные процессы позволяют перерабатывать использованное сырье, но стоит понимать, что повторное использование материала приводит к снижению качества готового продукта.

Большая часть аддитивного оборудования не требует постоянного наблюдения в процессе печати. Производство происходит в автоматическом режиме, за исключением случаев, когда в 3D принтере заканчивается материал или обнаруживается ошибка в программе.

4. Извлечение
Чтобы достать напечатанный продукт из некоторых 3D принтеров, достаточно просто снять его с производственной платформы. Для других, в основном промышленных, процесс отделение готового продукта от материала и производственной основы также требует особый подход и профессиональных операторов, защитное оборудование и специальные условия.

5. Постобработка

Постобработка проходит по-разному в зависимости от технологий 3D печати.

При использовании SLA необходимо произвести ультрафиолетовую обработку изделия, металлические части стоит закалить в печи, а печать по технологии FDM позволяет сразу получить готовый продукт. Тем не менее, в большинстве случаев полученные изделия можно дополнительно очистить, отполировать или покрасить для подготовки к эксплуатации. 

БЕЗОПАСНОСТЬ ВАЖНЕЕ ВСЕГО, РАБОТА С 3D ПРИНТЕРОМ

Меры безопасности при работе с 3D принтером:

1.  Категорически запрещается трогать что-либо, кроме кнопок управления, во время работы 3D принтера. Нарушая это правило, в лучшем случае, можно получить ушиб от движущейся части, а в худшем – серьезный ожог. Если ваш 3D принтер открытого типа, то стоит работать с ним в плотно прилегающей одежде, чтобы минимизировать риск наматывания ткани на движущиеся детали. Проверять нагрев принтера можно только ориентируясь на показания термодатчика самого устройства, которые отражаются на дисплее или в программе печати.

Работа с 3D принтером

Советы по печати на 3D принтере:

2.  Катушка с 3D пластиком устанавливается так, чтобы ее перекос и задержки в подаче нити были исключены. Иногда, для более равномерного разматывания бобины, перебрасывают нить через карниз или спинку стула – в этом случае пластиковая нить может замотаться или зацепиться за посторонние предметы. Результаты этого непредсказуемы – принтер может упасть со стола, или, наоборот, повиснуть в воздухе, что, в свою очередь, может привести к его поломке или пожару (не забываем о нагретых частях 3D принтера).

3. Допускать детей к работе на 3D принтере можно только тогда, когда они способны полностью осознанно подойти к процессу. Первые работы должны проводиться под контролем взрослых.

4. При нагревании пластика ABS образуются небольшое количество паров акрилонитрила. 3D принтер в среднем выбрасывает до 200 млн ультрамелких частиц этого вещества в минуту. При использовании пластика PLA выбрасывается до 20 млн частиц в минуту, он более безопасен, но все же наносит вред здоровью. Оседая в легких, частицы пластика могут привести к самым тяжелым последствиям – раку легких, астме, конечно, в текущий момент нет данных по клиническим испытаниям, но место проведения работ на 3D принтере должно хорошо вентилироваться.

Работа с 3D принтером

Во время работы устройства лучше выйти из комнаты. Если это по какой-то причине невозможно, желательно воспользоваться респиратором с угольным фильтром. Закрытые принтеры с системой фильтрации уже есть на рынке, но пока не слишком часто встречаются в продаже, к тому же стоят довольно дорого. Они более безопасны, но свойства используемых материалов полностью не изучены, поэтому не стоит пренебрегать дополнительными мерами безопасности и в работе с ними.

5. Прежде чем выйти из комнаты с работающим принтером, нужно убедиться, что первый слой ровно лег и нигде не отстает от поверхности – ведь от его качества зависит 50% качества готового изделия.

6. Для наблюдения за 3D принтером желательно установить камеру, это позволит оставаться в курсе текущего состояния печати и оперативно отреагировать на нештатную ситуацию.

Как печатать на 3D принтере:

7. Перед началом печати убедитесь в исправности 3D принтера и концевых датчиков. Тогда при возможном сбое принтер сам остановить печать.

8. Не печатайте на 3D принтере предметы контактирующие с горячей едой или напитком, причину смотрите в пункте 4.

9. Перед съемом напечатанной детали дождитесь остывания термостолика, лишние 10-15 минут погоды не сделают, а возможность обжечься исчезнет.

Аддитивные технологии

Построить здание за несколько дней или изготовить детали двигателя за несколько часов, возможно ли это?

Ответ: ВОЗМОЖНО! Благодаря, аддитивным технологиям!

Аддитивные технологии (Additive Manufacturing) — метод создания трехмерных объектов, деталей или вещей путем послойного добавления материала: пластика, металла, бетона и, возможно, в будущем — человеческой ткани.

Такие трехмерные или 3D-объекты создаются с помощью 3D-принтеров. Название технологий произошло от английского слова add — добавлять. Термины «аддитивное технологии» и «3D-печать» часто используют как синонимы. Термин «3D-печать» появился раньше и его чаще употребляют, когда речь идет о недорогих домашних принтерах. В масштабах промышленного производства обычно говорят об аддитивных технологиях.

Этапы создания изделия с помощью аддитивных технологий

В промышленности производство 3D-изделий проходит через несколько общих этапов (они могут изменяться в зависимости от методов и материалов):

3D-моделирование или создание эскиза изделия (Computer Aided Design или CAD).

Создание уменьшенной копии изделия из более дешевого материала, например, недорого пластика вместо металла.

Печать самого изделия после того, как копия прошла проверку. Принтер, следуя эскизу, добавляет слои жидкости, порошка или листового материала и изготавливает деталь, иногда всего за несколько часов.

Преимущества аддитивных технологий и их отличие от традиционного производства

Быстрота изготовления. Традиционными способами сложную деталь производят в течение месяцев, а с 3D-печатью ее можно сделать за несколько часов. После изготовления часто не нужна дополнительная механическая обработка.

В традиционном производстве велик риск отправить неверно изготовленную деталь в отходы. При использовании аддитивных методов, если металлическая деталь не получилась, ее можно вновь превратить в порошок и из него опять напечатать то же изделие.

Отсутствие швов и сварных соединений.

В отличие от традиционного производства, с помощью аддитивных технологий можно получить изделия с уникальными свойствами, без швов и стыков. Такие объекты невозможно изготовить с помощью сварки и штамповки.

Самые популярные методы изготовления 3D-изделий

Лазерная стереолитография (Stereolithography, LSA) — самая первая технология 3D-печати, когда модели изготавливаются из жидких фотополимерных смол с помощью ультрафиолетового лазера или его аналога.

Послойное наплавление (Fused Deposition Modeling, FDM) — самая простая и распространенная технология. Она поддерживается всеми программами для проектирования. Трехмерный объект «выращивается» из нагретой пластиковой нити. Недорогие домашние 3D-принтеры обычно работают на этой технологии.

Селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting, SLM) — это самый распространенный метод ЗD-печати металлом. Используя порошки из стали, титана, алюминия или других металлов, можно изготовить геометрически сложные изделия, детали машин и двигателей для промышленности.

«Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте», — эта цитата из Льюиса Кэрролла как нельзя лучше описывает современное положение дел в сфере аддитивных технологий. То, что сегодня происходит на мировом рынке 3D-технологий, напоминает массовое распространение мобильных телефонов в начале нулевых — такие же лавинообразные темпы роста производства и продаж Аддитивные технологии становятся все более востребованными в высокотехнологичных отраслях, таких как нефтегазовая и космическая, авиа-, автомобиле- и судостроение. Со временем 3D-принтеры научатся печатать изделия более сложных форм и конструкций — и аддитивные технологии в некоторых отраслях, вполне возможно, полностью вытеснят традиционное производство.