что такое аддитивные технологии определение
Аддитивное производство и 3D-печать: что нужно знать в первую очередь
Аддитивное производство – процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей, как правило, послойно, в отличие от субтрактивного метода и метода формовки. В разное время использовались такие термины, как аддитивное изготовление, аддитивные процессы, аддитивные методы, аддитивное послойное производство, послойное производство, изготовление твердотельных изделий произвольной формы и изготовление изделий произвольной формы.
В этой динамически развивающейся отрасли быстро появляются новые термины. 3D-печать, согласно стандарту ISO/ASTM 52900, — это изготовление объектов путем нанесения материала печатной головкой, с помощью сопла или другой технологии печати. В прошлом этот термин ассоциировался с недорогими станками невысокой производительности. Однако сейчас это не так: термины «аддитивное производство» и «3D-печать» означают одно и то же.
«Аддитивное производство» (Additive Manufacturing) — официальный отраслевой термин, утвержденный организациями по стандартизации ASTM и ISO, однако словосочетание «3D-печать» более распространено и фактически стало стандартом. Особенно широко оно используется в СМИ, терминологии стартапов, инвесторов и других сообществ.
Процессы
Технологии 3D-печати
Основные технологии, применяемые при создании изделий на аддитивных установках:
Расходные материалы
Основные материалы, используемые в аддитивных процессах:
Сферы применения аддитивных технологий
Аддитивные технологии используются для создания физических моделей, прототипов, образцов, инструментальной оснастки и производства пластиковых, металлических, керамических, стеклянных, композитных компонентов и компонентов из биоматериалов. Принцип действия аддитивных установок основан на построении тонких горизонтальных слоев из 3D-моделей, созданных с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР) и 3D-сканеров.
АП упрощает и ускоряет процесс разработки продукции. Компании прибегают к аддитивным технологиям, стремясь сократить время производства, повысить качество продукции и сократить затраты. В качестве средства визуализации 3D-печать помогает предприятиям определить вероятность создания дефектной или неудовлетворительной продукции. Кроме того, разрабатываются методы, процессы и системы для изготовления оснастки.
3D-печать активно используется для повышения качества оснастки для литья под давлением. В некоторых областях АП применяют для получения результатов, недостижимых при использовании обычных станков. В других производствах аддитивные технологии используются для создания таких инструментов для изготовления и сборки, как зажимные устройства, крепления, шаблоны и направляющие для сверления и резки.
3D-печать оказывает большое влияние на производство многих продуктов. Предприятия — крупные и малые — успешно применяют технологии для производства готовых изделий. По мнению экспертов, прямое производство станет крупнейшей областью применения аддитивных технологий. Эта технология может повлиять на производство больше, чем другие, традиционные, методы.
Отрасль продолжает развиваться, возникают новые методы, технологии, материалы, прикладные задачи и бизнес-модели. Расширяется география и сфера промышленного применения АП. Аддитивные технологии уже оказали огромное влияние на развитие проектирования и производства; в будущем их роль будет все больше возрастать.
Аддитивное производство в России
В России рынок 3D-технологий достаточно молод, но уже показывает динамичный рост (по данным Роснано, около 30% в год). Все больше компаний осознают потребность в применении аддитивных методов в производстве и научных исследованиях. Есть организации, которые активно занимаются сертификацией материалов и уже тестируют 3D-принтеры собственного производства. На предприятиях появляются лаборатории по разработке и внедрению 3D-решений на отдельных участках технологического цикла.
Сегодня речь о полном переходе на аддитивные технологии не идет – пока что они способны эффективно дополнять классические процессы или заменять их на каком-то определенном участке цикла. Тем не менее, эксперты отрасли утверждают, что в недалеком будущем аддитивное производство станет неотъемлемой частью технологических процессов на предприятии.
Хотите узнать больше о 3D-технологиях? Подписывайтесь на наш блог и получите консультацию у экспертов iQB Technologies : +7 (495) 269-62-22.
Что это такое аддитивные технологии?
Технологический процесс не стоит на месте, с каждым днем происходит усовершенствование цифровых технологий. Это позволяет использовать новшества в различных сферах жизни человека. Аддитивные технологии — одни из самых передовых и востребованных во всем мире.
Экскурс в прошлое Additive Manufacturing
Цифровое производство нашло свое применение в медицине, космонавтике, производстве готовой продукции и прототипировании. Хотя 3D печать принято считать одним из главных открытий двадцать первого века, в действительности аддитивные технологии появились на несколько десятилетий раньше.
Родоначальником отрасли стал Чарльз Халл, основатель компании 3D Systems. В 1986 году инженер собрал первый в мире стереолитографический 3D-принтер. И благодаря этому цифровые технологии сделали огромный рывок вперед. Приблизительно в то же время Скотт Крамп, позже основавший компанию Stratasys, выпустил первый в мире FDМ-аппарат. С тех пор, рынок трехмерной печати стал стремительно расти и пополняться новыми моделями печатного оборудования.
Первое время обе технологии SLA и FDM развивались бок о бок исключительно в направлении промышленного производства. Однако в 1995 году назрел перелом, сделавший аддитивные методы изготовления продукции общедоступными. Студенты Массачусетского технологического института, Джим Бредт и Тим Андерсон, внедрили технологию послойного синтеза материала в корпус обычного настольного принтера. Именно так была основана компания Z Corporation, долгое время считавшаяся лидером в сфере бытовой печати объемных фигур.
Технология аддитивного производства — Эпоха инноваций
В наши дни AF-технологии используются повсеместно: научно-исследовательские организации с их помощью создают уникальные материалы и ткани, промышленные гиганты используют 3D принтеры для ускорения прототипирования новой продукции, архитектурные и конструкторские бюро нашли в 3D печати нескончаемый строительный потенциал, в то время как дизайн-студии буквально вдохнули новую жизнь в дизайнерский бизнес благодаря аддитивным машинам.
Наиболее точной аддитивной технологией считается стереолитография – методом поэтапного послойного отверждения жидкого фотополимера лазером. SLA принтеры используются преимущественно для изготовления прототипов, макетов и дизайнерских компонентов повышенной точности с высоким уровнем детализации.
Селективное лазерное спекание изначально появилось, как усовершенствованный метод отверждения жидкого фотополимера. SLS-технология позволяет в качестве чернил использовать порошкообразные материалы. Современные SLS-принтеры способны работать с керамической глиной, металлическим порошком, цементом и сложными полимерами.
В литейной отрасли недавно появились PolyJet-аппараты, работающие по классической AF-технологии. Они оборудованы струйными печатными головками, заправленными быстро-застывающим материалом. На сегодняшний день InkJet 3D принтеры нешироко распространены. Однако не исключено, что уже через несколько лет трехмерная печать станет столь же распространена, как и классические печатные устройства. Первопроходцем в данной отрасли стала компания ExOne с ее прототипирующей машиной S-Max.
Самыми дешевыми по-прежнему остаются FDM-принтеры. Это устройства, создающие трехмерные объекты путем послойного наплавления филамента. Наиболее распространенными принтерами данного типа остаются аппараты, печатающие расплавленной пластиковой нитью. Они могут оснащаться одной или несколькими печатными головками, внутри которых находится нагревательный элемент.
Большинство аддитивных принтеров, печатающих пластиком, способны создавать только одноцветные фигуры. Однако в последнее время на рынке трехмерной печати появились машины, использующие одновременно несколько видов филамента. Данное новшество позволяет создать цветные объекты.
Перспективы AF-технологии
На данный момент рынок трехмерной печати далек от перенасыщения. Аналитики отрасли сходятся во мнении, что аддитивные технологии ждет радужное будущее. Уже сегодня научно-исследовательские центры, занижающиеся AF-разработками, получают огромные финансовые вливания от оборонного комплекса и медицинских государственных институтов, что не дает усомниться в точности экспертных прогнозов!
Аддитивные технологии
Среди технологий, постоянно появляющихся в жизни человека благодаря достижениям научного прогресса, существуют и такие, которые носят название «аддитивных». Это определение произошло от заимствованного слова «аддитивность», или, если быть точнее, от английского словосочетания «additive manufacturing» (сокращенно – AF), которое дословно переводится как «прибавляемое производство». Так что же это такое, и чем данный вид технологий может быть полезен обществу сегодня?
Сущность
Аддитивные технологии являются отраслью цифровой промышленности и представляют собой такой метод производства изделий и различных продуктов, при котором происходит наращение слоев объекта посредством использования компьютерных устройств для 3D-печати. Что же за материалы их заполняют? Обычно это воск, металлические и гипсовые порошки, полистирол (бесцветный и стеклообразный полимер, напоминающих пластик), полиамиды (пластмассы), жидкие фотополимеры (заготовки, затвердевающие под воздействием световых лучей, чаще всего ультрафиолетовых) и пр.
Возникновение: как это было
История аддитивных устройств началась в 1986 году, когда один из представителей компании «Ultraviolet Products» по имени Чарльз Халл (ныне исполнительный вице-президент и главный технический директор собственной организации «3D Systems») сконструировал первый в мире стереолитографический принтер для трехмерной печати. Механизм был произведен главным образом для обеспечения оборонного комплекса США своевременными поставками. Халл обратил внимание на то, что для создания отдельных деталей и их последующей сборки требуется большое количество времени и сил. Поэтому он решил не только прибегнуть к помощи ультрафиолетового излучения, но и осуществить задуманное максимально рационально. Так, мужчина сначала наложил друг на друга несколько тысяч слоев пластика, а уже потом закрепил их одной ультрафиолетовой обработкой.
Позднее Чарльз покинул обанкротившуюся фирму «UVP», но останавливаться на разработке собственного детища не пожелал, – он запатентовал техническое изобретение в 1983 году и лично основал компанию, которая затем разрослась до масштабов настоящей корпорации. Сегодня «3D Systems» является одним из ключевых участников рынка принтеров, изделий и программного софта для создания объемной продукции.
Последующее развитие аддитивные технологии получили благодаря товарищам-студентам из Массачусетского технологического института. В 1993 году Джим Бредт и Тим Андерсон решили качественно дополнить уже существующие наработки собственными идеями, а потому взяли и модифицировали обычный 2D принтер в устройство для 3D печати. В модернизированном устройстве применялись не листы бумаги, а похожий на клей специальный жидкий состав, который разбрызгивался по тонким слоям основного наполнителя (полимерного, металлического или гипсового порошка) и затвердевал. Бредт и Андерсон подарили AF мировую известность, ведь сделали их более ходовыми и универсальными. В 1995 году друзья организовали собственную организацию «Z Corporation», успехи которой не остались без внимания «3D Systems», – в 2012 году она приобрела более мелкую, но не менее перспективную компанию, и их передовые проекты начали выходить в свет под общим логотипом.
Назначение и применение
Все это означало только одно – вступление в новую эру, качественное изменение многих производственных сфер и упрощение организационных процессов! Например, в автомобильной промышленности значительно ускорился этап разработки прототипов, ведь почти все комплектующие, будь то мощные двигатели или обыкновенные кнопки и рычаги, начали создаваться с полным или частичным использованием технологии 3D печати.
Кроме того, компании стали существенно экономить, ведь теперь производство:
Интересный факт! AF используются и для изготовления искусственных конечностей.
Аддитивные технологии покоряют и другие сферы: это архитектура, авиастроительство, производство спортивного снаряжения и товаров для детей… Спектр их применения расширяется, а эксперты в один голос прочат этому направлению перспективное и радужное будущее с притоком инвестиций, возрастанием спроса на компетентную рабочую силу и повышением зарплат.
Подробнее о некоторых типах АТ
Не лишним будет упомянуть и о том, как происходит создание объемного продукта в каждом конкретном случае. Самыми популярными методами в аддитивном производстве являются:
Конференции в России
Национальный рынок АТ в России развит еще недостаточно. Потенциал сферы не раскрывается из-за дефицита кадров, недостатка материала и оборудования и отсутствия должной программы государственной поддержки.
И все же некоторые учреждения стараются собственными силами способствовать знакомству российского общества с передовыми достижениями AF. Одной из таких организаций является Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), представители которого ежегодно устраивают тематические конференции, посвященные аддитивным технологиям. Со своими докладами выступают отечественные и зарубежные ученые и работники промышленной сферы, заинтересованные в замене традиционных форм производства инновационными методами. В этом году мероприятие, состоявшееся 30 марта, стало уже 4 по счету. Принять участие в конференции, которая прошла под лозунгом «Настоящее и будущее», смогли участники, подавшие предварительные заявки.
Что такое аддитивные технологии определение
ГОСТ Р 57558-2017/
ISO/ASTM 52900:2015
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ
Термины и определения
Additive manufacturing processes. General principles. Part 1. Terminology
Дата введения 2017-12-01
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (ФГУП «ВИАМ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 182 «Аддитивные технологии»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 июля 2017 г. N 752-ст
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе национальных стандартов Российской Федерации
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2018 г.
Введение
Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области аддитивных технологий.
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.
Некоторые термины сопровождены краткими формами, представленными словосочетанием и/или аббревиатурой, которые следует применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.
Краткие формы, представленные словосочетанием, а также синонимичные понятия приведены в круглых скобках после стандартизованного термина.
Приведенные определения можно при необходимости изменить, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.
Термины, установленные настоящим стандартом, рекомендуются для применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.
В настоящем стандарте в качестве справочных данных приведены иностранные эквиваленты для ряда стандартизованных терминов на английском языке.
Если часть термина взята в квадратные скобки («[ ]»), это означает, что выделенные слова могут заменить либо все предшествующие слова в термине, либо некоторые из них.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает термины и определения, используемые в технологиях аддитивного производства (АП), которые основаны на аддитивном принципе изготовления деталей, т.е. на создании физических пространственных изделий путем последовательного добавления материала.
Настоящий стандарт предназначен для обеспечения базового понимания фундаментальных принципов АП и введения на их основе четкой терминологии в области технологий АП.
Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения понятий видов аддитивных технологических процессов.
2 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
2.1 Основные термины
2.1.1 3D-принтер (3D printer): Установка для 3D-печати (2.3.1).
2.1.2 аддитивное производство; АП (аддитивный технологический процесс) (additive manufacturing): Процесс изготовления деталей (2.6.1), который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой (2.3.10) за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки).
2.1.3 система АП (аддитивная система) (additive manufacturing system): Установка АП (2.1.4) и вспомогательное оборудование, используемое для АП (2.1.2).
2.1.4 установка АП (аддитивная установка) (AM machine): Часть системы АП (2.1.3), необходимая для выполнения цикла построения (2.3.3) деталей (2.6.1), включающая аппаратную часть, программное обеспечение для настройки и контроля установки, а также периферийные приспособления, используемые для обслуживания установки.
2.1.5 пользователь установки АП (AM machine user): Оператор или организация, использующие установку АП (2.1.4).
2.1.6 пользователь системы АП (пользователь аддитивной системы) (AM system user): Оператор или организация, использующие аддитивную систему (2.1.3) или любую часть аддитивной системы.
2.1.7 фронтальная сторона установки (front of a machine): Сторона установки, перед которой должен стоять оператор, чтобы получить доступ к пользовательскому интерфейсу установки и/или главному смотровому окну.
2.1.8 питатель (material supplier): Источник материала/сырья (2.5.2) для переработки в системе АП (2.1.3).
2.1.9 многошаговый процесс (многоэтапный процесс) (multi-step process): Тип процесса АП (2.1.2), в котором детали (2.6.1) изготавливают за две или более операции, при этом на 1-й стадии, как правило, обеспечивается получение заданной геометрической формы, а на последующих за счет консолидации детали формируются основные требуемые свойства используемого материала (металл, керамика, полимер, композит и др.).
2.1.10 одношаговый процесс (одноэтапный процесс) (single-step process): Тип процесса АП (2.1.2), в котором детали (2.6.1) изготавливают за одну операцию, при этом основная геометрическая форма и свойства материала достигаются одновременно.
2.2 Типы процесса
2.2.1 струйное нанесение связующего (binder jetting): Процесс АП (2.1.2), в котором порошковые материалы соединяются выборочным нанесением жидкого связующего.
2.2.2 прямой подвод энергии и материала (directed energy deposition): Процесс АП (2.1.2), в котором энергия от внешнего источника используется для соединения материалов путем их сплавления в процессе нанесения.
2.2.3 экструзия материала (material extrusion): Процесс АП (2.1.2), в котором материал выборочно подается через сопло или жиклер.
2.2.4 струйное нанесение материала (material jetting): Процесс АП (2.1.2), в котором изготовление объекта осуществляют нанесением капель строительного материала.
2.2.5 синтез на подложке (powder bed fusion): Процесс АП (2.1.2), в котором энергия от внешнего источника используется для избирательного спекания/сплавления предварительно нанесенного слоя порошкового материала.
2.2.6 листовая ламинация (sheet lamination): Процесс АП (2.1.2), в котором изготовление детали осуществляется послойным соединением листовых материалов.
2.2.7 фотополимеризация в ванне (vat photopolymerization): Процесс АП (2.1.2), в котором жидкий фотополимер выборочно отверждается (полимеризуется) в ванне световым излучением.
2.3 Технология. Общие положения
2.3.1 трехмерная печать (3D-печать) (3D printing): Производство объектов путем послойного нанесения материала печатающей головкой, соплом или с использованием иной технологии печати.
2.3.2 рабочая камера (build chamber): Замкнутый объем внутри системы АП (2.1.3), в котором происходит изготовление деталей.
2.3.3 цикл построения (build cycle): Единичный цикл процесса, в котором один или более компонентов изготавливаются в рабочей камере (2.3.2) системы АП (2.1.3).
2.3.4 пространство построения (build envelope): Наибольшие внешние измерения по осям х, у и z в пределах области построения (2.3.6), в которой детали (2.6.1) могут быть изготовлены.
2.3.5 платформа построения (build platform): База, являющаяся опорной поверхностью, с которой начинается изготовление детали(-ей) (2.6.1).
2.3.6 область построения (build space): Место, где возможно изготовление детали (2.6.1), как правило, на платформе построения (2.3.5) в пределах рабочей камеры (2.3.2).
2.3.7 поверхность построения (build surface): Область, где происходит нанесение материала, как правило, на последнем слое (2.3.10), который становится основанием для формирования следующего слоя.
1 Для 1-го слоя поверхностью построения часто является платформа построения (2.3.5).
2 В случае процесса прямого подвода энергии и материала (2.2.2) поверхностью построения может быть существующая деталь, на которую наносят материал.
3 Если направление нанесения материала является переменной величиной, поверхность построения может определяться по отношению к поверхности конструкции.
2.3.8 строительный объем (build volume): Общий полезный объем, доступный в установке для изготовления деталей (2.6.1).
2.3.9 зона подачи (бункер подачи) [в синтезе на подложке (2.2.5)] (feed region): Место(а) в установке, где хранится сырье (2.5.2), из которого часть сырья (слой порошка) доставляется на подложку в течение цикла построения (2.3.3).
2.3.10 слой [вещества] (layer): Материал, предварительно нанесенный для создания поверхности.
2.3.12 производственная партия (manufacturing lot): Набор деталей (2.6.1), изготовленных из одного сырья (2.5.2), из одной серии деталей (2.3.19), с использованием системы АП (2.1.3) и постобработки (2.5.6) (при необходимости), по единому производственному техническому заданию.
2.3.13 начало координат [нулевая точка (0, 0, 0)] (origin, zero point): Заданная точка начала координат, в которой три основных оси в системе координат пересекаются.
1 Применяется в трехмерной системе координат при использовании х, у и z координат.
2 Система координат может быть декартовой или определяться производителем установки.
3 Нулевую точку (2.3.13) изначально определяет производитель установки.
2.3.14 нулевая точка построения (build origin): Нулевая точка, наиболее часто находящаяся в центре платформы построения (2.3.5) и определяющая лицевую поверхность построения. Нулевая точка построения может быть определена настройками.
2.3.15 нулевое положение рабочих частей установки (machine origin, machine home, machine zero point): Исходное положение рабочих частей установки.