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Tecnología aditiva: descripción, definición, características de aplicación y retroalimentación. Tecnologías aditivas en la industria

La tecnología de impresión 3D apareció en 1986, cuando 3D Systems Company desarrolló la primera impresora especial, una máquina de estereolitografía, que se utilizó en la industria de la defensa. Los primeros dispositivos eran extremadamente caros, y la elección del material para la creación de modelos era limitada. El rápido desarrollo de la impresión 3D comenzó con el desarrollo de CAD (diseño, cálculo y modelado (CAE) y tecnologías de procesamiento mecánico (CAM)). Y hoy en día es difícil encontrar un área de producción donde no se usen impresoras 3D: con su ayuda, se hacen piezas de aviones, vehículos espaciales, submarinos, herramientas, prótesis e implantes, joyas, etc … La tecnología aditiva pronto se convertirá en una tecnología prioritaria de ingeniería .

Los principales países del mundo están activamente incluidos en la carrera 3D. Así, en 2012 en Youngstown, Ohio, se abrió el Instituto Nacional de Innovación de la Producción Aditiva NAMII – el primer centro de tecnologías aditivas de los quince creados en los Estados Unidos. El parque de máquinas del Instituto ya cuenta con 10 máquinas aditivas, tres de las cuales son las más modernas para la creación de piezas metálicas.

Terminología y clasificación

La esencia de las tecnologías aditivas es conectar materiales para crear objetos a partir de los datos del modelo 3D capa por capa. De esta manera se diferencian de las tecnologías de fabricación substractivas convencionales, lo que implica procesamiento mecánico – eliminación de materia de la palanquilla.

Las tecnologías aditivas se clasifican:

  • Sobre los materiales utilizados (líquido, a granel, polímero, polvo metálico);
  • Por la presencia de un láser;
  • Mediante el método de fijación de la capa de construcción (exposición térmica, irradiación con luz ultravioleta o visible, un aglutinante);
  • Mediante el método de formación de la capa.

Hay dos formas de formar una capa. La primera es que el material en polvo se vierte por primera vez sobre la plataforma, distribuido por un rodillo o cuchilla para crear una capa uniforme de material de un espesor dado. Existe un tratamiento selectivo del polvo con un láser u otro método de unir partículas de polvo (por fusión o encolado) de acuerdo con la sección transversal actual del modelo CAD. El plano de construcción no cambia, y parte del polvo permanece intacto. Este método se llama síntesis selectiva, así como sinterización láser selectiva, si la herramienta de unión es un láser. El segundo método consiste en depositar directamente el material en el punto de suministro de energía.

ASTM, que desarrolla estándares de la industria, divide las tecnologías de aditivos 3D en 7 categorías.

  1. Extruir el material. Un material en forma de pasta se alimenta al punto de construcción a través de un extrusor calentado, que es una mezcla de un aglutinante y un polvo metálico. El modelo de crudo construido se coloca en el horno con el fin de eliminar el aglutinante y polvo el polvo – al igual que lo hace en las tecnologías tradicionales. Esta tecnología aditiva se implementa bajo las marcas MJS (Multiphase Jet Solidification, multi-fase de curado por chorro), FDM (Fused Deposition Modeling), FFF (Fusion Filament Fabrication, producción por fusión de filamentos).
  2. Rociado del material. Por ejemplo, en tecnología Polyjet, la cera o el fotopolímero en una cabeza de múltiples chorros se alimenta al sitio de construcción. Esta tecnología aditiva también se llama Multi Jetting Material.
  3. Pulverizar el aglutinante. Éstos incluyen tecnologías de inyección de inyección de tinta Ink Jet en la zona de construcción de un material no modelo y un reactivo aglutinante (tecnología adicional de ExOne).
  4. Unión de materiales laminados. El material de construcción es una película de polímero, lámina de metal, hojas de papel, etc. Utilizado, por ejemplo, en la tecnología de producción de aditivos ultrasónicos Fabrisonic. Las planchas delgadas del metal se sueldan ultrasónica, después de que el exceso de metal se quita por moler. La tecnología aditiva se utiliza junto con el sustrato.
  5. Fotopolimerización en el baño. La tecnología utiliza materiales modelo líquido – resinas de fotopolímero. Un ejemplo es la tecnología SLA de 3D Systems y la tecnología DLP de Envisiontec, Digital Light Procession.
  6. Fundir el material en una capa preformada. Utilizado en tecnologías SLS, utilizando como fuente de energía láser o cabezal térmico (empresa SHS Blueprinter).
  7. Suministro directo de energía a la obra. El material y la energía para su fusión entran en el punto de construcción simultáneamente. Como cuerpo de trabajo, se utiliza una cabeza, equipada con un sistema para suministrar energía y material. La energía viene en forma de un haz de electrones concentrado (Sciaky) o un rayo láser (POM, Optomec,). A veces la cabeza se instala en el "brazo" del robot.

Esta clasificación muestra mucho más sobre las sutilezas de las tecnologías aditivas que las anteriores.

Aplicaciones

El mercado de las tecnologías aditivas en la dinámica del desarrollo está por delante de otras industrias. Su crecimiento medio anual se estima en 27% y, según IDC, para 2019 será de 26.700 millones de dólares, frente a 11.000 millones en 2015.

Sin embargo, el mercado AT aún no ha revelado potencial inexplorado en la esfera de la producción de bienes de consumo. Hasta el 10% de los fondos de las empresas del costo de producción de las mercancías se gastan en su creación de prototipos. Y muchas empresas ya han ocupado este segmento de mercado. Pero el 90% restante entra en producción, por lo que la creación de aplicaciones para la rápida producción de bienes será la principal dirección de desarrollo de esta industria en el futuro.

En el año 2014, la cuota de prototipado rápido en el mercado de tecnologías aditivas, aunque disminuyó, siguió siendo el mayor – 35%, la cuota de producción rápida creció y llegó a 31%, la participación en la creación de herramientas se mantuvo en 25%.

Por ramas de la economía la aplicación de tecnologías AT se distribuyó de la siguiente manera:

  • 21% – producción de bienes de consumo y electrónica;
  • 20% – fabricación de automóviles;
  • 15% – medicina, incluida la odontología;
  • 12% – construcción de aeronaves e industria espacial;
  • 11% – producción de medios de producción;
  • 8% – equipo militar;
  • 8% – educación;
  • 3% – construcción.

Amantes y Profesionales

El mercado de AT-tecnologías se divide en aficionados y profesionales. El mercado aficionado incluye impresoras 3D y su servicio, que incluye servicios, suministros, software y está diseñado para entusiastas individuales, educación y visualización de ideas y facilitar la comunicación en la etapa inicial del desarrollo de un nuevo negocio.

Las impresoras 3D profesionales son caras y adecuadas para reproducción ampliada. Tienen un área de construcción grande, productividad, precisión, confiabilidad, amplia gama de materiales modelo. Estas máquinas son un orden de magnitud más complicado y requieren el dominio de habilidades especiales de trabajo con los propios dispositivos, con materiales de modelo y software. Por regla general, el especialista en tecnologías aditivas con formación técnica superior se convierte en el operador de una máquina profesional.

Tecnologías aditivas en 2015

Según el Informe Wohlers 2015, de 1988 a 2014, se instalaron en todo el mundo 79.602 impresoras industriales 3D. Al mismo tiempo, el 38,1% de los dispositivos que cuestan más de 5 mil dólares se encuentran en Estados Unidos, 9,3% en Japón, 9,2% en China y 8,7% en Alemania. El resto del mundo está a una distancia significativa de los líderes. De 2007 a 2014, las ventas anuales de impresoras de escritorio crecieron de 66 a 139.584 dispositivos. En 2014, el 91,6% de las ventas representaron las impresoras 3D de escritorio y el 8,4% – para las instalaciones de producción de aditivos industriales, cuyo beneficio, sin embargo, fue del 86,6% del total, o 1,12 Expresión absoluta. Las máquinas de mesa fueron satisfechas con $ 173.2 millones y 13.4%. En 2016, las ventas se espera que aumente a 7,3 millones de dólares EE.UU., en 2018 – 12.700 millones, en 2020 el mercado llegará a 21.200 millones de dólares.

Según Wohlers, prevalece la tecnología FDM, con alrededor de 300 marcas en todo el mundo, reponiendo diariamente con nuevas modificaciones. Algunos de ellos se venden sólo localmente, por lo que es muy difícil, si es posible, encontrar información sobre el número de marcas producidas por impresoras 3D. Con confianza, podemos decir que su número en el mercado está aumentando cada día. Hay una gran variedad en tamaños y tecnologías utilizadas. Por ejemplo, la empresa berlinesa BigRep produce una enorme impresora FDM llamada BigRep ONE.2 a un precio de 36 mil euros, capaz de imprimir objetos de hasta 900 x 1055 x 1100 mm con una resolución de 100-1000 micras, dos extrusoras y la capacidad de utilizar diferentes materiales.

Industria – para

La industria de la aviación está invirtiendo fuertemente en la producción de aditivos. El uso de tecnologías aditivas reducirá el consumo de materiales utilizados en la fabricación de piezas por un factor de 10. Se espera que la compañía GE Aviation imprima anualmente 40 mil inyectores. Y para el año 2018 Airbus va a imprimir hasta 30 toneladas de piezas cada mes. La empresa señala progresos significativos en las características de las piezas producidas de esta manera en comparación con las tradicionales. Resultó que el soporte, que fue diseñado para 2,3 toneladas de carga, de hecho puede soportar cargas de hasta 14 toneladas, mientras que reducir su peso a la mitad. Además, la empresa imprime piezas de chapa de aluminio y conectores de combustible. En Airbus hay 60 mil piezas impresas en las impresoras Fortus 3D de Stratasys. Otras empresas aeroespaciales también utilizan tecnologías de producción aditivas. Entre ellos Bell Helicopter, Bombardier, Boeing, Embraer, Honeywell Aerospace, General Dynamics, Lockheed Martin, Raytheon, Pratt & Whitney, Rolls-Royce y SpaceX.

Las tecnologías de aditivos digitales ya se utilizan en la producción de una variedad de productos de consumo. Materialize, un servicio de fabricación de aditivos, coopera con Hoet Eyeware en la fabricación de gafas para visión y gafas de sol. Los modelos en 3D son proporcionados por una variedad de servicios en la nube. Sólo 3D Warehouse y Sketchup ofrecen 2,7 millones de muestras. La industria de la moda también está al margen. RS Print utiliza un sistema que mide la presión de la suela para imprimir plantillas individuales. Los diseñadores experimentan con bikinis, zapatos y vestidos.

Prototipado rápido

Por prototipado rápido significa la creación de un prototipo de producto en el menor tiempo posible. Es una de las principales aplicaciones de las tecnologías de producción aditivas. El prototipo es el prototipo del producto necesario para optimizar la forma de la pieza, evaluar su ergonomía, comprobar la viabilidad de montaje y la corrección de las soluciones de diseño. Es por eso que reducir el tiempo de fabricación de la pieza le permite reducir significativamente el tiempo de desarrollo. Además, el prototipo puede ser un modelo diseñado para realizar pruebas aerodinámicas e hidrodinámicas o para comprobar la funcionalidad de partes de la vivienda de los equipos domésticos y médicos. Muchos prototipos se crean como modelos de diseño de búsqueda con matices en la configuración, colores de coloración, etc. Para el prototipo rápido se utilizan impresoras 3D de bajo costo.

Producción rápida

Las tecnologías aditivas en la industria tienen grandes perspectivas. La producción en pequeña escala de productos con geometría compleja y de materiales específicos es común en la construcción naval, la ingeniería eléctrica, la cirugía reconstructiva y la medicina dental, y la industria aeroespacial. El cultivo directo de productos metálicos está motivado por la conveniencia económica, ya que este método de producción era menos costoso. Con el uso de tecnologías aditivas, se producen los cuerpos de trabajo de turbinas y ejes, implantes y endoprótesis, piezas de recambio para automóviles y aviones.

El desarrollo de la producción rápida también fue facilitado por una expansión significativa del número de materiales de metal-polvo disponibles. Si en 2000 había 5-6 tipos de polvos, ahora se ofrece una amplia nomenclatura, calculada en decenas de composiciones de aceros estructurales a metales preciosos y aleaciones resistentes al calor.

Tecnologías avanzadas y aditivas en ingeniería mecánica, donde se pueden utilizar en la fabricación de herramientas y Dispositivos para la producción en serie – insertos para autómatas termoplásticos, moldes, plantillas.

Ultimaker 2 – la mejor impresora 3D en 2016

Según la revista CHIP, que probó y comparó las características de las impresoras domésticas 3D, las mejores impresoras de 2016 son modelos Ultimaker 2 de Ultimaker 2, Reniforce RF1000 de Conrad y la impresora 3D Desktop Replicator de MakerBot.

Ultimaker 2+ en su modelo mejorado utiliza la tecnología de simulación por fusión. La impresora 3D tiene el espesor de capa más pequeño de 0,02 mm, un tiempo de cálculo corto, un bajo coste de impresión (2600 rublos por 1 kg de material). Características principales:

  • El tamaño de la cámara de trabajo es de 223 x 223 x 305 mm;
  • Peso – 12,3 kg;
  • Tamaño de la cabeza – 0,25 / 0,4 / 0,6 / 0,8 mm;
  • Temperatura de la cabeza: 180-260 ° C;
  • La resolución de la capa es 150-60 / 200-20 / 400-20 / 600-20 micrómetros;
  • Velocidad de impresión – 8-24 mm 3 / s;
  • Precisión XYZ – 12,5-12,55 micras;
  • Material – PLA, ABS, CPE con un diámetro de 2,85 mm;
  • Software – Cura;
  • Tipos de archivos compatibles: STL, OBJ, AMF;
  • Consumo de energía – 221 W;
  • Precio – 1 895 euros modelo básico y 2 495 euros adelantados.

Según los clientes, la impresora es fácil de instalar y usar. Ellos notan alta resolución, cama autorregulable, una amplia variedad de materiales usados, el uso de software de código abierto. Las desventajas de la impresora incluyen un diseño abierto de la impresora, que puede conducir a una quemadura con material caliente.

Impresora LulzBot Mini 3D

En la revista de la revista PC Magazine Ultimaker 2 y Replicator Desktop 3D Printer también están entre los tres primeros, pero aquí en primer lugar fue la impresora LulzBot Mini 3D Printer. Sus especificaciones son las siguientes:

  • El tamaño de la cámara de trabajo es 152 x 152 x 158 mm;
  • Peso – 8,55 kg;
  • Temperatura de la cabeza: 300 ° C;
  • El grosor de la capa es 0,05-0,5 mm;
  • Velocidad de impresión – 275 mm / s a una altura de capa de 0,18 mm;
  • Material: PLA, ABS, HIPS, PVA, PETT, poliéster, nylon, policarbonato, PETG, PCTE, PC-ABS, etc., con un diámetro de 3 mm;
  • Software – Cura, OctoPrint, BotQueue, Slic3r, Printrun, MatterControl, etc .;
  • Consumo de energía – 300 W;
  • Precio – 1 250 dólares estadounidenses.

Sciaky EBAM 300

Una de las mejores máquinas industriales de fabricación aditiva es EBAM 300 empresas Sciaky. cañón de haz electrónico hace que las capas de metal a una velocidad de hasta 9 kg por hora.

  • el tamaño de la cámara de trabajo – 5791 x 1219 x 1219 mm;
  • la presión de la cámara de vacío – 1×10 -4 Torr;
  • el consumo de energía – hasta 42 kW a una tensión de 60 kV;
  • La tecnología – extrusión;
  • material de – titanio y aleaciones de titanio, tántalo, inconel, tungsteno, niobio, acero inoxidable, aluminio, acero, aleación de cobre-níquel (70/30 y 30/70);
  • la cantidad máxima – 8605.2 litros;
  • precio – 250 mil dólares de los Estados Unidos ..

tecnologías de aditivos en Rusia

máquinas de tipo industrial en Rusia no se producen. Mientras que sólo se desarrollan en el "Rosatom", el MSTU centro de láser. Bauman Universidad "Stankin" Universidad Politécnica de San Petersburgo, la Universidad Federal de los Urales. "Voronezhselimmash", la producción de 3D-impresoras domésticas y educativas "Alpha", está desarrollando una planta aditivo comercial.

La misma situación con los suministros. El líder del desarrollo de polvos y formulaciones de polvo en Rusia es VIAM. Produjeron el polvo para tecnologías de aditivos se utilizan en la restauración de los álabes de la turbina, por orden del Pérmico "motores de aviación». El progreso es y en el Instituto Panruso de aleaciones ligeras (ruedas). Desarrollos son diferentes centros de ingeniería en toda la Federación Rusa. "Rostec", Ural Branch de la Academia Rusa de Ciencias, UFU conducir su desarrollo. Pero todavía no son capaces de satisfacer incluso una pequeña demanda de 20 toneladas de polvo por año.

En este sentido, el Gobierno dio instrucciones al Ministerio de Educación, Ministerio de Desarrollo Económico, Ministerio de Industria, Ministerio de Comunicaciones, Academia Rusa de Ciencias, Fano, "Roskosmos",, instituciones de desarrollo "Rosatom" "Rosstandart" para establecer un desarrollo programa coordinado y la investigación. Para ello se propone asignar adicionales asignaciones presupuestarias, así como a considerar la posibilidad de cofinanciación a expensas del Fondo Nacional de Asistencia Social y de otras fuentes. Se recomienda para apoyar la nueva tecnología de producción, en el Vol. H. Además, TCM, "Rosnano" Fondo "Skolkovo", la agencia de exportación "EXIAR", "Vnesheconombank". El gobierno también está representado por el Ministerio de Industria y Comercio preparará una sección del programa estatal para el desarrollo y la mejora de la competitividad industrial.