Аддитивное производство: будущее, которое уже наступило
Использование аддитивных технологий в сфере промышленного производства бесспорно является одним из главных трендов последних лет. И если ранее, создание штучного и мелкосерийного производства за счет 3D- технологий сопровождалось скепсисом и недоверием со стороны потребителя, то уже сегодня технологический прогресс сумел доказать, что подобное производство имеет куда больший потенциал, нежели изготовление семейных фоторамок и персонализированных чехлов на айфон. Возведенный на Филиппинах отель будущего «Lewis Grand», первый автомобиль с 3D- печатным корпусом американской компании «Local Motors» и напечатанные 3D- таблетки от эпилепсии «Spritam», являются подтверждением динамически быстрых темпов развития аддитивных технологий.
Так что же скрывается за термином «additive manufacturing»? Для ответа на данный вопрос, необходимо сделать небольшой исторический экскурс и переместиться в 80-ые года прошлого века, когда американец Чак Халл впервые изобрел и запатентовал лазерную стереолитографию, тем самым создав прототип первого электролитного 3D- принтера. Путем нехитрых математических вычислений, несложно заметить, что 3D- печать зародилась даже несколько раньше, чем создание всемирной паутины. Само понятие «аддитивные технологии» происходит от английского глагола «to add» - «добавлять» и включает в себя послойное наращивание и синтез объекта на основе компьютерной 3D- модели. Если при традиционном методе производства, от заготовки отсекаются/деформируются ее лишние части, то в случае с аддитивными технологиями, из расходного материала уже выстраивается новое изделие за счет послойного построения моделей. Обрабатывающая промышленность всегда стремилась к гибкому производству металлических деталей в соответствии с временными тенденциями. Еще в середине 1990-х годов немецкая компания TRUMPF совместно с FRAUNHOFER ILT работали над процессом лазерного синтеза металлов. На основе данного сотрудничества, TRUMPF разработала свою первую машину на основе порошкового слоя- TrumaForm, однако тогда рынок исследований еще не был готов к промышленной 3D- печати. Когда же спрос на надежные машины промышленного класса вновь вырос, проанализировав рынок, TRUMPF определил аддитивное производство как стратегическое поле деятельности и благодаря новаторской работе немецкого концерна, в 2015 году компания представила потребителю новые машины, известные миру под названием - TruPrint. В то время как обычные производственные процессы сталкиваются с экономическими и технологическими ограничениями, за последние 15 лет TRUMPF внедрил два лазерных процесса промышленного масштаба, чтобы печатать целые компоненты практически «из ниоткуда». Наиболее широко используемым является способ плавления металлов лазерным лучом (LMF), также известным как выборочная лазерная плавка (SLM) или же метод синтеза на подложке (Powder bed fusion). У вышеупомянутой технологии также имеются свои особенности: технология аддитивного производства LMF накапливает детали слой за слоем при помощи порошка. Сам процесс происходит в так называемой технологической камере, а лазерная плавка металла осуществляется следующим образом: цилиндры подачи, конструкции и перелива расположены рядом на одной оси, в то время как устройство для нанесения покрытий наносит порошок из накопительного цилиндра в строительный. Затем лазер вплавляет первый слой порошка в контуры, необходимые для производства детали. Строительный цилиндр передвигается вниз, откладывая избыток порошка в переливной цилиндр. Данный процесс повторяется до тех пор, пока производство объекта не будет завершено. Некоторые принтеры могут одновременно работать сразу с несколькими лазерами, для того чтобы повысить свою производительность.
Следующий способ плавления металлов, рассмотренный нами, является метод осаждения металлов лазерным лучом при помощи порошка (LMD), также известным как генеративная лазерная сварка. В отличие от вышеупомянутого LMF, где процесс производства происходит непосредственно внутри 3D- принтера, LMD взаимодействует в свободной атмосфере. Рабочий процесс происходит следующим образом: лазер формирует ванну расплава в твердой металлической подложке, направляя туда поток порошка из металла. Когда частицы порошка попадают в ванну расплава, она застывает, образуя слой твердого металла. Применяемый материал может расти в любом заданном пространственном направлении. Преимущества производства LMD:
- LMD экономит время: по сравнению с другими аддитивными процессами скорость накопления значительно выше
- LMD позволяет работать сразу с несколькими различными материалами аддитивного производства: при работе могут быть задействованы сразу несколько контейнеров для порошка (спектр услуг колеблется от никеля, кобальта и алюминия до меди и титана).
- Высокая свобода проектирования: поскольку больше не требуется строительной камеры, стало возможно изготавливать даже крупные объекты. Кроме того, лазер имеет неограниченный доступ к основному корпусу.
Такой способ также подходит для работы с покрытием компонентов, например, для защиты от износа или коррозии, для ремонта поврежденных металлических компонентов и для менее сложных прототипов и изделий на заказ. LMD используется во многих отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, энергетическая, нефтехимическая, автомобильная и медицинская.
LMF и LMD – это два лазерных процесса, которые делают аддитивное производство все более заманчивым и актуальным для промышленного применения. Лазерный сплав и осаждение металла находят свое место рядом с современными технологиями производства, такими как токарная обработка, фрезерование и прессование. В зависимости от компонентов, они могут использоваться в сочетании с теми же технологиями в производственной цепочке, а современные тенденции показывают, что через несколько лет 3D-принтер будет доступен для эксплуатации на подавляющем большинстве современных фабрик и заводов.