CC BY
159
УДК 339.944
ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Д. С. Ковалев*, П. А. Коваленко Научный руководитель - Л. А. Оборин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрено применение аддитивных технологий, а также способы селективного лазерного спекания. Совершенствование и разработка новых аддитивных технологий. Применение технологии селективного лазерного спекания.
Ключевые слова: аддитивные технологии, трехмерная печать, Selective Laser Sintering, ßD-принтер, ßD-технологии, Stereolithography Apparatus.
PROSPECTS OF INTRODUCTION OF ADDITIVE TECHNOLOGIES IN INDUSTRY
D. S. Kovalev*, P. A Kovalenko Scientific Supervisor - L. A. Oborin
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The application of additive technologies as well as selective laser sintering methods are considered. Perfection and development of new additive technologies. Application of selective laser sintering technology.
Keywords: additive technologies, three-dimensional printing, Selective Laser Sintering, 3D-printer, 3D-technologies, Stereolithography Apparatus.
Технология «трехмерной печати» появилась в конце 80-х гг. ХХ в. пионером в этой области являлась компания 3D Systems, которая разработала первую коммерческую стереолитографи-ческую машину - SLA - Stereolithography Apparatus (1986). До середины 90-х гг. она использовалась главным образом в научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности, связанной с оборонной промышленностью. Первые лазерные машины - сначала стереолитогра-фические (SLA-машины), затем порошковые (SLS-машины), были чрезмерно дороги, выбор модельных материалов - весьма скромный. Широкое распространение цифровых технологий в области проектирования (CAD), моделирования и расчетов (CAE) и механообработки (CAM) стимулировало взрывной характер развития технологий 3D-печати, и в настоящее время крайне сложно указать область материального производства, где в той или иной степени не использовались бы 3D-принтеры. Цифровые 3D-технологии открыли уникальные возможности воспроизведения сложнейших пространственных форм, объектов и инженерных конструкций, механизмов. В работе [1] было отмечено: «экономическая эффективность 3D-технологии в ее качественной без альтернативности, безотходности и значительном снижении себестоимости при серийном и массовом производстве. В то же время 3D-технологии - это тест на интеллектуальный уровень науки, образования, а также профессиональной квалификации трудовых ресурсов и индустриального развития».
Чтобы уяснить ключевое отличие аддитивных технологий от привычных нам способов производства различных изделий, нужно понимать, что изготовить, например какую-либо метал-
Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»
лическую деталь - тот же болт или саморез, можно двумя принципиально различными способами. Первый способ всем нам хорошо известен - это механическая обработка: отрезание, отбивание, сверление отверстий и т. д. Берется брусок стали, из неё вытачиваются металлические прутки, на что расходуется значительное количество энергии и материала, далее из прутков вытачиваются уже готовые болты. Огромный минусы такого ставшего уже привычным способа производства очевидны - при изготовлении конечного продукта (в данном случае болта) большая часть исходного материала (стальной брусок) перемалывается в металлическую стружку, образуя огромное количество производственных отходов, да и расход материала согласитесь не самый рациональный. Есть, конечно, и другие классические способы изготовления, к примеру, штамповка и литьё, однако и они имеют массу недостатков - например для изготовления методом литья необходимо сначала изготовить саму форму для заполнения, что достаточно дорого и требует специалистов высокой квалификации. Все это негативно сказывается на производительности. Создание форм актуально, если например заводу-изготовителю нужно выпустить большую партию продукции, а если несколько небольших? В этом случае изготовление форм ведет к большим издержкам и экономически нецелесообразно.
Теперь рассмотрим второй способ производства конечного продукта - он основан не на удалении части материала в результате механической обработки, а, напротив, на добавлении материала и наслаивании, в результате и получается готовая продукция. Отсюда и название - аддитивные технологии (от английского слова «add» - добавлять, Additive Fabrication (AF), Additive Manufacturing (AM) [2]. Трехмерная печать не подразумевает никакого отрезания, распиливания, сверления. Происходит в буквальном смысле построение объекта c помощью машины послойного синтеза, которая вполне укладывается в название «SD-принтер». Во всяком случае, условно можно сказать, что машина «печатает» продукцию. Как это происходит? Что используется в качестве материала? Это уже зависит от конкретной технологии трехмерной печати.
К примеру, стерео литография (Stereolithography) подразумевает использование лазера, под воздействием которого затвердевает сырье - жидкий фото полимер. Селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering - SLS) использует специальные порошки, частички которых соединяются под воздействием лазера, так называемая «экструзионная печать» использует разного рода пластичный материал, подающийся через сопла на поверхность, где воспроизводится продукт. Технологию действительно можно сравнить с классической печатью, только вместо бумаги может выступать различная поверхность, а вместо тонера пластичный материал.
Трехмерные принтеры могут использовать для печати самые разнообразные исходные материалы - например такие как дерево, керамика и даже металл и бетон. Возможности и перспективы аддитивных технологий поистине огромны, а сфера применения - очень обширна. От создания домашней утвари и простых бытовых предметов до сложных деталей и технических изделий. Они могут использоваться в дизайне и моделировании, создании мебели и осветительных приборов, музыкальных инструментов, «печатания» одежды и обуви, создании скульптур, картин, орнаментов и т. д., в архитектуре могут активно применятся для создания домов, причем не только уменьшенных моделей, но и готовых зданий в натуральную величину. Найдет технология применение и в кинематографе, учитывая потребность режиссеров в реквизите. Широчайшие возможности открывает SD-печать для медицины - печать точных копий моделей человеческих органов и тканей поможет квалифицированному обучению медиков, созданию протезов и т. д. В автомобилестроении эта технология ускорит создание сложных механизмов - например мостов, коробок передач, головок блока цилиндров.
Преимущества аддитивных технологий:
1) сокращение технологической цепочки и резкое уменьшение отходов от производства;
2) сильная индивидуализация производимого продукта;
3) ускорение внедрения новых идей;
4) возможность изготовления деталей высокой сложности;
5) относительная легкость обучения персонала;
Возможно, спустя какое-то время технологии трехмерной печати станут для нас чем-то обыденным, точно так же как прочно в повседневную жизнь вошли компьютеры, Интернет, планшеты, смартфоны и ноутбуки. Однако сейчас это все ещё выглядит как подлинный прорыв в науке [3].
Глядя на возможности этих гигантских машин, воспроизводящих сложные детали и конструкции, невольно поражаешься. Иногда даже кажется, что все происходящее - это сюжет очередного футуристического фильма. Однако это не так, аддитивные технологии существуют и развиваются. Мы наблюдаем настоящую революцию шестого экономического уклада на марше. По всей видимости, это очередной этап в научном развитии человечества и за подобными способами производства стоит большое будущее.
Библиографические ссылки
1. Александрова В. В., Зайцева А. А. 3В-технология и когнитивное программирование // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2012. № 5. Т. 10. С. 61-64.
2. Оборин Л. А., Колмыков В. А. Технологическое обеспечение изготовления качественных деталей машин методом литья по выплавляемым моделям // Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 106-109.
3. Шишковский И. В. Перспективы быстрого прототипирования для изготовления моделей и литейных форм // Литейное производство. 2010. № 6. С. 23-29.
© Ковалев Д. С., Коваленко П. А., 2017
