Применение аддитивных технологий в производстве

Август 4, 2022

Главная
Информатика
Применение аддитивных технологий в производстве

Содержание

2. План Технология Основные принципы Терминология
3. План Технологии печати Применение 3D-принтеры
4. технология 3D-печать или «аддитивное производство» – процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на
5. Хотя технология 3D-печати появилась еще в 80-х годах прошлого века, широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили только
6. Терминология Термин «аддитивное производство» подразумевает технологии по созданию объектов за счет нанесения последовательных слоев материала. Модели,
7. Основные принципы 3D-печатные модели 3D-модели создаются методом ручного компьютерного графического дизайна или за счет 3D-сканирования. Ручное
8. 3D-печать Во время печати принтер считывает 3D-печатный файл, содержащий данные трехмерной модели, и наносит последовательные слои
9. Типичная толщина слоя составляет 100мкм (250 DPI), хотя некоторые устройства вроде Objet Connex и 3D Systems
10. Традиционные производственные методы вроде литья под давлением могут обходиться дешевле при производстве крупных партий полимерных изделий,
11. Обработка Хотя разрешение принтеров вполне достаточно для большинства проектов, печать объектов со слегка превышенными измерениями и
12. Технология печати С конца 1970-х на свет появилось несколько методов 3D-печати. Первые принтеры отличались крупными габаритами,
13. Технологии печати Экструзионная печать Порошковая печать Ламинирование Фотополимеризация Проекционная стереолитография Методы печати
14. Экструзионная печать Порошковая печать Ламинирование Фотополимеризация Проекционная стереолитография Моделирование методом послойного наплавления (FDM/FFF) было разработано С.
15. Экструзионная печать Порошковая печать Ламинирование Фотополимеризация Проекционная стереолитография Одним из методов аддитивного производства является выборочное спекание
16. Экструзионная печать Порошковая печать Ламинирование Фотополимеризация Проекционная стереолитография Некоторые принтеры используют в качестве материала для построения
17. Экструзионная печать Порошковая печать Ламинирование Фотополимеризация Проекционная стереолитография Технология стереолитографии была запатентована Чарльзом Халлом в 1986
18. Экструзионная печать Порошковая печать Ламинирование Фотополимеризация Проекционная стереолитография Данный метод подразумевает разделение цифровой трехмерной модели на
19. 3D-принтеры Промышленное внедрение аддитивного производства идет высокими темпами. К примеру, совместная американо-израильская компания Stratasys поставляет установки
20. Применение Быстрое прототипирование: Промышленные 3D-принтеры используются для быстрого прототипирования и исследований с начала 1980-х. Как правило,
22. Скачать презентацию

Слайд 2

План
Технология
Основные принципы
Терминология

Слайд 3

План
Технологии печати
Применение
3D-принтеры

Слайд 4

технология
3D-печать или «аддитивное производство» – процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой

геометрической формы на основе цифровой модели.
3D-печать основана на концепции построения объекта последовательно наносимыми слоями, отображающими контуры модели.
Фактически, 3D-печать является полной противоположностью таких традиционных методов механического производства и обработки, как фрезеровка или резка, где формирование облика изделия происходит за счет удаления лишнего материала.
3D-принтерами называют станки с программным управлением, выполняющие построение детали аддитивным способом.

Слайд 5

Хотя технология 3D-печати появилась еще в 80-х годах прошлого века, широкое

коммерческое распространение 3D-принтеры получили только в начале 2010-х. Первый дееспособный 3D-принтер был создан Чарльзом Халлом, одним из основателей корпорации 3D Systems. В начале 21 века произошел значительный рост продаж, что привело к резкому падению стоимости устройств. Согласно данным консалтинговой фирмы Wohlers Associates, в 2012 году объем мирового рынка 3D-принтеров и сопутствующих сервисов достиг $2,2млрд., показав рост на 29% по сравнению с 2011 годом. 3D-печатные технологии используются для прототипирования и распределенного производства в архитектуре, строительстве, промышленном дизайне, автомобильной, аэрокосмической, военно-промышленной, инженерной и медицинской отраслях, биоинженерии, производстве модной одежды и обуви, ювелирных изделий, в образовании, географических информационных системах, пищевой промышленности и многих других сферах.

Слайд 6

Терминология
Термин «аддитивное производство» подразумевает технологии по созданию объектов за счет

нанесения последовательных слоев материала. Модели, изготовленные аддитивным методом, могут применяться на любом производственном этапе – как для изготовления опытных образцов, так и в качестве самих готовых изделий. В производстве, особенно машинной обработке, термин «субтрактивные» подразумевает более традиционные методы и является ретронимом, придуманным в последние годы для разграничения традиционных способов и новых аддитивных методов. Хотя традиционное производство использует по сути «аддитивные» методы на протяжении веков, в них отсутствует трехмерная информационная технологическая составляющая. Машинная же обработка, как правило, основывается на субтрактивных методах - опиловке, фрезеровании, сверлении и шлифовании.

Слайд 7

Основные принципы
3D-печатные модели 3D-модели создаются методом ручного компьютерного графического дизайна или

за счет 3D-сканирования. Ручное моделирование, или подготовка геометрических данных для создания трехмерной компьютерной графики, несколько напоминает скульптуру. 3D-сканирование – это автоматический сбор и анализ данных реального объекта, а именно формы, цвета и других характеристик, с последующим преобразованием в цифровую трехмерную модель.

И ручное и автоматическое создание 3D-печатных моделей может вызвать трудности у среднего пользователя. В связи с этим в последние годы получили распространение 3D-печатные торговые площадки.

Слайд 8

3D-печать Во время печати принтер считывает 3D-печатный файл, содержащий данные трехмерной модели,

и наносит последовательные слои жидкого, порошкообразного, бумажного или листового материала, выстраивая трехмерную модель из серии поперечных сечений. Эти слои, соответствующие виртуальным поперечным сечениям в CAD-модели, соединяются или сплавляются вместе для создания объекта заданной формы. Основным преимуществом данного метода является возможность создания геометрических форм практически неограниченной сложности.

«Разрешение» принтера подразумевает толщину наносимых слоев (ось Z) и точность позиционирования печатной головки в горизонтальной плоскости (по осям X и Y).

Слайд 9

Типичная толщина слоя составляет 100мкм (250 DPI), хотя некоторые устройства

вроде Objet Connex и 3D Systems ProJet способны печатать слоями толщиной от 16мкм (1 600 DPI). Разрешение по осям X и Y схоже с показателями обычных двухмерных лазерных принтеров. Типичный размер частиц составляет около 50-100мкм (от 510 до 250 DPI) в диаметре. Построение модели с использованием современных технологий занимает от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от используемого метода, а также размера и сложности модели. Промышленные аддитивные системы могут, как правило, сократить время до нескольких часов, но все зависит от типа установки, а также размера и количества одновременно изготавливаемых моделей.

Слайд 10

Традиционные производственные методы вроде литья под давлением могут обходиться дешевле

при производстве крупных партий полимерных изделий, но аддитивные технологии обладают преимуществами при мелкосерийном производстве, позволяя достигнуть более высокого темпа производства и гибкости дизайна, наряду с повышенной экономичностью в пересчете на единицу произведенного товара. Кроме того, настольные 3D-принтеры позволяют дизайнерам и разработчикам создавать концептуальные модели и прототипы, не выходя из офиса.

Слайд 11

Обработка Хотя разрешение принтеров вполне достаточно для большинства проектов, печать объектов

со слегка превышенными измерениями и последующей субтрактивной механической обработкой высокоточными инструментами позволяет создавать модели повышенной точности. Примерами устройств с подобным комбинированным методом изготовления и обработки служит LUMEX Avance-25.Некоторые методы аддитивного производства предусматривают возможность использования нескольких материалов, а также разных цветов в течение одного производственного цикла. Многие из 3D-принтеров используют «поддержки» или «опоры» во время печати.

Опоры необходимы для построения фрагментов модели, не соприкасающихся с нижележащими слоями или рабочей платформой.

Слайд 12

Технология печати
С конца 1970-х на свет появилось несколько методов 3D-печати.

Первые принтеры отличались крупными габаритами, высокой стоимостью и весьма ограниченными возможностями. В настоящее время доступен широкий выбор методов аддитивного производства. Основные различия заключаются в методе нанесения слоев и используемых расходных материалах. Некоторые методы основываются на плавке или размягчении материалов для создания слоев: сюда входит выборочное лазерное спекание (SLS), выборочная лазерная плавка (SLM), прямое лазерное спекание металлов (DMLS), печать методом послойного наплавления (FDM или FFF).

В случае с ламинированием листовых материалов (LOM), тонкие слои материала подвергаются резке до необходимого контура, с последующим соединением в единое целое. В качестве материалов для LOM могут использоваться бумага, полимеры и металлы. Каждый из перечисленных методов имеет свои преимущества и недостатки.

Слайд 13

Технологии печати
Экструзионная печать
Порошковая печать
Ламинирование
Фотополимеризация
Проекционная стереолитография
Методы печати

Слайд 14

Экструзионная печать
Порошковая печать
Ламинирование
Фотополимеризация
Проекционная стереолитография
Моделирование методом послойного наплавления (FDM/FFF) было разработано С. Скоттом

Трампом в конце 1980-х. Процесс печати методом послойного наплавления подразумевает создание слоев за счет экструзии быстрозастывающего материала в виде микрокапель или тонких струй. Как правило, расходный материал (например, термопластик) поставляется в виде катушек, с которых материал скармливается в печатную головку, называемую «экструдером». Экструдер нагревает материал до температуры плавления с последующим выдавливанием расплавленной массы через сопло. Сам экструдер приводится в движение пошаговыми двигателями или сервомоторами, обеспечивающими позиционирование печатной головки в трех плоскостях. Перемещение экструдера контролируется производственным программным обеспечением (CAM), привязанным к микроконтроллеру. В качестве расходных материалов используются всевозможные полимеры, включая акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), поликарбонат (PC), полилактид (PLA), полиэтилен высокого давления (HDPE), смеси поликарбоната и ABS-пластика, полифениленсульфон (PPSU) и др. Технология FDM/FFF имеет определенные ограничения по сложности создаваемых геометрических форм.

Слайд 15

Экструзионная печать
Порошковая печать
Ламинирование
Фотополимеризация
Проекционная стереолитография
Одним из методов аддитивного производства является выборочное спекание порошковых

материалов. Слои модели вычерчиваются (спекаются) в тонком слое порошкообразного материала, после чего рабочая платформа опускается, и наносится новый слой порошка. Процесс повторяется до получения цельной модели. Неизрасходованный материал остается в рабочей камере и служит для поддержки нависающих слоев, не требуя создания специальных опор. Наиболее распространенными являются методы, основанные на спекании с помощью лазеров: выборочное лазерное спекание (SLS) для работы с металлами и полимерами (например, полиамидом (PA), полиамидом, армированным стекловолокном (PA-GF), стекловолокном (GF), полиэфирэфиркетоном (PEEK), полистиролом (PS), алюмидом, полиамидом, армированным углеволокном (Carbonmide), эластомерами) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS). Технология обеспечивает широкий диапазон применения, включая создание цветных моделей, навесных конструкций, использование эластомеров. Конструкция моделей может быть усилена за счет последующей пропитки воском или полимерами.

Слайд 16

Экструзионная печать
Порошковая печать
Ламинирование
Фотополимеризация
Проекционная стереолитография
Некоторые принтеры используют в качестве материала для построения

моделей бумагу, тем самым снижая стоимость печати. Подобные устройства пережили пик популярности в 1990-х. Технология заключается в выкраивании слоев модели из бумаги с помощью углекислотного лазера с одновременным ламинированием контуров для формирования готового изделия. В 2005 году компания Mcor Technologies Ltd разработала вариант технологии, использующий обычную офисную бумагу, лезвие из карбида вольфрама вместо лазера и выборочное нанесение клея. Также существуют варианты устройств, осуществляющие ламинирование тонкими металлическими и пластиковыми листами.

Слайд 17

Экструзионная печать
Порошковая печать
Ламинирование
Фотополимеризация
Проекционная стереолитография
Технология стереолитографии была запатентована Чарльзом Халлом в 1986 году. Фотополимеризация

в основном используется в стереолитографии (SLA) для создания твердых объектов из жидких материалов. Метод цифровой проекции (DLP) использует жидкие фотополимерные смолы, затвердевающие под воздействием ультрафиолетового света, излучаемого цифровыми проекторами в рабочей камере с защитным покрытием. После затвердевания материала рабочая платформа погружается на глубину, равную толщине одного слоя, и жидкий полимер вновь облучается. Струйные принтеры (например, Objet PolyJet) распыляют тонкие слои (16-30мкм) фотополимера на рабочую платформу до получения цельной модели. Каждый слой облучается ультрафиолетовым пучком до затвердевания. В результате получается модель, готовая к немедленному использованию..

Слайд 18

Экструзионная печать
Порошковая печать
Ламинирование
Фотополимеризация
Проекционная стереолитография
Данный метод подразумевает разделение цифровой трехмерной модели на

горизонтальные слои с преобразованием каждого слоя в двухмерную проекцию, аналогичную фотошаблонам. Двухмерные изображения проецируются на последовательные слои фотополимерной смолы, затвердевающие в соответствии с проецируемыми контурами. В некоторых системах проекторы расположены снизу, способствуя выравниванию поверхности фотополимерного материала при вертикальном движении модели (в данном случае рабочая платформа с нанесенными слоями передвигается вверх, а не погружается в материал) и сокращению производственного цикла до минут вместо часов. Технология позволяет создавать модели со слоями из нескольких материалов с разной скоростью застывания. Некоторые коммерческие модели, например Objet Connex, наносят смолу с помощью небольших сопел.

Слайд 19

3D-принтеры
Промышленное внедрение аддитивного производства идет высокими темпами. К примеру, совместная

американо-израильская компания Stratasys поставляет установки для аддитивного производства стоимостью от $2 000 до $500 000, а компания General Electric использует устройства высокого класса для производства частей газовых турбин

Стоимость 3D-принтеров сокращается значительными темпами, начиная с примерно 2010 года: устройства, стоившие на тот момент $20 000, ныне обходятся в $1 000 или меньше.

Разработка и кастомизация 3D-принтеров RepRap привела к появлению новой категории полупрофессиональных принтеров для малого бизнеса. Такие производители, как Solidoodle, RoBo и RepRapPro предлагают комплекты по цене ниже $1 000.

Слайд 20

Применение
Быстрое прототипирование: Промышленные 3D-принтеры используются для быстрого прототипирования и исследований

с начала 1980-х. Как правило, это достаточно крупногабаритные установки, использующие порошковые металлы, песчаные смеси, пластики и бумагу.

Быстрое производство: быстрое производство остается достаточно новым методом, чьи возможности пока еще не полностью исследованы. Тем не менее, многие эксперты склонны считать быстрое производство технологией качественно нового уровня.

Массовая кастомизация: некоторые компании предлагают услуги по пользовательской кастомизации объектов с помощью упрощенного программного обеспечения с последующим созданием уникальных 3D-моделей на заказ.

Применение аддитивных технологий в производстве

Содержание

ПланТехнологияОсновные принципыТерминология

ПланТехнологии печатиПрименение3D-принтеры

технология3D-печать или «аддитивное производство» – процесс создания цельных трехмерных объектов практически любой

Хотя технология 3D-печати появилась еще в 80-х годах прошлого века, широкое

Терминология Термин «аддитивное производство» подразумевает технологии по созданию объектов за счет

Основные принципы 3D-печатные модели 3D-модели создаются методом ручного компьютерного графического дизайна или