Аддитивные технологии

Дата публикации: 23.08.2019

Название аддитивные технологии происходит от английского слова Additive — добавка. Чаще всего данный процесс называют 3D печать. Принципиальным отличием данной технологии от традиционных способов производства является то, что изделие получается методом добавления материала к основе, а не удаления материала из заготовки, как это происходит при механической обработке.

Добавление материала происходит на основании 3D модели, разработанной в системах автоматического проектирования.

Преимущества 3D печати

  1. Аддитивные технологии не нуждаются в разработке чертежей и технологических карт, тем самым сокращая время и затраты на проектирование.
  2. Малое количество отходов. Если при механической обработке с заготовки снимают лишний материал, который превращается в отходы, то при аддитивной 3D печати наплавляется ровно столько материала, сколько нужно.
  3. Возможность создавать детали сложной геометрии на относительно недорогом оборудовании. Для сложных форм при механообработке нужны сложные станки с числовым программным управлением, которые очень дороги. Для аддитивного производства может использоваться более дешевое оборудование.

Однако данная технология обладает и рядом недостатков. Основным из них является нестабильность материала. Наплавленный слоями он не обладает изотропными свойствами (т.е. свойства различны в разных направлениях). Данный недостаток является основным ограничивающим применение технологии. Из этого следует и еще один недостаток: при остывании материала наружные слои остывают быстрее, что приводит к искажению формы и неравномерным усадкам.

Существуют различные виды аддитивных технологий, в которых так или иначе решены недостатки данного способа. Основные из них:

  • FDM (fused deposition modeling, метод послойного наплавления) — самый простой и распространенный способ, изделие формируется путем наплавления пластиковой нити слой за слоем на основание. Данный метод обладает всеми перечисленными недостатками и в дополнение к этому имеет ограничения по форме изготавливаемой детали, т.к. не может наплавлять слой если под ним нет материала. Это заставляет создавать дополнительные поддержки в навесных элементах, что приводит к увеличению отходом, времени печати и вынуждает дополнительно обрабатывать изделие после печати. FDM технология распространена благодаря дешевизне оборудования т широкому выбору материалов для печати. Текстура изделия получается слоистой.
  • CJP (color jet printing, цветная струйная печать) — единственная технология позволяющая получить цветную модель. Технология заключается в склеивании специального порошка, который наносится ровным слоем по всему периметру печати. В итоге получается полностью заполненный порошком объем принтера, в котором находится послойно склеенная деталь. Такая аддитивная технология имеет ряд преимуществ — геометрия может быть любой, поддержки не нужны. Нет искажений формы и усадки т.к. материал не нагревается. Есть возможность в клеющую головку добавить принтер и окрашивать деталь в разные цвета.
  • MJM (MultiJet Modelling, многоструйное моделирование) — аддитивная печать, при которой нанесение материала происходит с помощью многочисленных сопел в печатающей головке. Печатает такой принтер фотополимером, в этом случае отверждение материала происходит за счет воздействия на него ультрафиолета. Либо термопластиками (отверждение за счет охлаждения). Для нависающих элементов печатаются поддержки из воска, которые легко удалить. Такая технология более сложна, чем простое наплавление, но изделия получаются гораздо более высокого качества с низкой слоистостью.
  • SLA (Stereolithography apparatus, устройство для стереолитографии) — печать из жидких фотополимерных смол. Технология включает в себя преимущества других видов печати, заключается в том, что в емкости с жидкой смолой луч лазера проходя послойно отверждает необходимую часть. Изделие как бы вытягивается из жидкости. Это позволяет обеспечить очень маленькую толщину слоя, и гладкую поверхность модели. SLA достаточно дорогая технология, поэтому применяется в основном для печати маленьких изделий в высоком качестве, поэтому ей часто пользуются для создания прототипов ювелирных изделий и стоматологических протезов.
  • SLS (Selective Laser Sintering, выборочное лазерное спекание) — аддитивный способ получения модели, аналогичный технологии CJP, только порошок не склеивается, а спекается лазерным лучом. Печать может происходить из разным материалов, в том числе и из металла, что позволяет получать рабочие модели, способные выдерживать большие нагрузки. Также возможна печать из полистирола, нейлона, композитов и песчаных смесей.
  • Применение аддитивных технологий в производстве

    В современном мире аддитивные технологии получают все большее распространение. Если в начале своего появления они использовались чаще всего как развлечение, то сейчас сфера их применения неуклонно растет. Самые частые задачи, которые решают с помощью аддитивных технологий.

    • Первый и самый частый пример их использования — создание масштабных моделей для проведения эксплуатационных испытания: проверка собираемости, проверка на удобство использования и визуальная оценка. Для таких целей подходят даже самые простые 3D принтеры.
    • Получение мастер-моделей. Мастер-модели используются для создания форм и отливки по ним готовых деталей из других материалов. Требования к таким моделям более высокие.
    • Выпуск опытных образцов, прототипов и мелких серий.
    • Создание макетов зданий, приборов, механизмов, в уменьшенном масштабе.
    • Ювелирное производство. Создание выплавляемых моделей для отливки украшений.
    • Медицина. Ортопедические протезы, стоматология и даже печать костных тканей и кожи.