Аддитивное производство (от английского Additive Manufacturing, «прибавляемое» производство) – технология создания изделий, которая основывается на поэтапном «наращивании» материала на основу в виде плоской платформы или осевого каркаса.
По этой причине она и называется «прибавляемой»: при традиционном производстве используется некий шаблон, от которого впоследствии отсекается все лишнее, в то время как при аддитивном производстве изделие создается непосредственно из расходного материала.
Аддитивные технологии в целом и 3D печать в частности активно развиваются в последние десятилетия в рамках концепции "Индустрии 4.0". В то же время на промышленные 3D принтеры пока сохраняются достаточно высокие цены, поэтому чаще всего целесообразность их применения обусловлена двумя основными обстоятельствами:
- Необходимость изготовления элементов или изделий со сложной геометрией, которую невозможно реализовать традиционными способом
- Необходимо производить прототипирование, имеет место единичное или опытное производство
В других случаях целесообразно применять классические технологии.
В аддитивном производстве используется семь различных процессов. Изделия можно создавать послойно путем экструзии, разбрызгивания (струйного напыления), УФ-отверждения, ламинирования и сплавления материалов. К основным технологиям 3D-печати относятся:
- SLM (Selective Laser Melting) – селективное лазерное плавление металлического порошка по математическим CAD-моделям при помощи иттербиевого лазера;
- SLA (Laser Stereolithography) – лазерная стереолитография, основана на послойном отверждении жидкого материала под действием лазера;
- SLS (Selective Laser Sintering) – селективное лазерное спекание под лучами лазера частиц порошкообразного материала до образования физического объекта по заданной CAD-модели;
- FDM (Fused Deposition Modeling) – метод послойного наплавления материала (пластиковой нити), самый доступный на рынке аддитивный метод;
- MJP (MultiJet Printing) – многоструйное моделирование с помощью фотополимера или воска;
- CJP (ColorJet Printing) – технология полноцветной 3D-печати путем склеивания специального порошка на основе гипса.
Однотипные технологии могут иметь различные коммерческие наименования, в зависимости от разработчика.
В современном аддитивном производстве используются самые разнообразные полимерные материалы (пластики) для 3D печати, фотополимеры, металлические сплавы, воск, гипс, песок и многие другие.
Форма выпуска материалов также различна – это могут быть нити, пасты, жидкости, порошки, гранулы и листы.
Обладая исключительно высокими качественными характеристиками, эти материалы с успехом используются в различных отраслях для прототипирования и изготовления функциональных деталей, и с развитием аддитивного производства их становится все больше.
3D печать может занимать от нескольких минут до нескольких часов.
Время, необходимое для печати будет зависеть от размера объекта, который вы хотите получить, необходимого уровня качества и детализации, выбранного типа принтера, типа материала для печати, настроек оборудования, а также класса используемого оборудования.
Условно все существующие на рынке решения для 3D печати можно разделить на несколько больших групп или классов:
- Персональные: несложные бюджетные устройства, печатающие пластиковой нитью. Принцип их работы основан на технологии FDM (Fused Deposition Modeling) — методе послойного наплавления.
- Профессиональные: предназначены для специализированного использования на предприятиях, в частности, когда необходимо изготовить прототипы, мелкосерийную продукцию или единичные изделия сложной геометрии и высокого качества. Технологии 3D-печати: FDM, MJP, CJP и др.
- Производственные (промышленные): самый высокий класс систем аддитивного производства. Используются крупными предприятиями машиностроения, авиакосмической, оборонной, металлургической промышленности и других отраслей, где требуются прототипы и конечные детали больших размеров, выполненные с высокой точностью и эталонным качеством. Технологии 3D-печати: SLM, SLA, SLS.
Уже достаточно давно энтузиасты имеют возможность заказать простейшие модели 3D принтеров, работающие по технологии FDM (метод послойного наплавления материала - пластиковой нити, самый доступный на рынке аддитивный метод), китайского производства по цене от 10 тыс. ₽
Возникает вопрос почему при столь низкой начальной стоимости на рынке существует оборудование и с многомиллионными ценниками.
Во-первых, важно понимать, что существует достаточно много технологий, дающих результаты различного уровня - по качеству, скорости производства и т.д.. В рамках одной технологии цены уже более-менее однородны. Самая бюджетная технология FDM печати мало применима для решения даже начальных производственных или исследовательских задач вроде прототипирования из-за низкого качества получаемых моделей.
Во-вторых, даже внутри одной технологии есть решения разных уровней. В основном отличия кроются в следующих моментах:
- Надёжность и точность работы компонентов оборудования, проработанность конструкции, качество сборки и т.д. - всё что влияет на долговечность и удобство работы
- Ресурс или долговечность
- Скорость печати
- Производительность
- Точность печати и повторяемость
- Разрешение печати, толщина слоя
- Минимальные и максимальные размеры создаваемых объектов
- Отсутствие следов от поддержки (неровные участки, мелкие заусенцы и подобные недостатки)
- Прочность соединения отдельных элементов или фрагментов изделий со сложной многосоставной геометрией
- Программное обеспечение для работы с принтером
- Поддержка и консультации, оперативное устранение неполадок и сервисное обслуживание техники в РФ
Когда речь идёт о сложных производственных задачах, когда нужно получать изделия высокого качества, не существует универсальной технологи 3D печати.
У каждого отдельного способа есть преимущества и недостатки и он может лучше решать одни задачи, и хуже - другие.
Какие-то способы 3D печати позволяют получить изделия, рассчитанные на интенсивную эксплуатацию, какие-то обеспечивают максимальную скорость печати для больших объёмов производства, какие-то обеспечивают наилучшую точность получаемых моделей и т.д.
Каждая технология использует свой набор материалов и характерные области их применения.
Наиболее правильный вариант выбора оборудования для полноценного решения имеющейся производственной задачи - консультация с профильными специалистами.
3D-печать имеет множество преимуществ, но у неё также есть некоторые ограничения, которые мешают ему стать повсеместной технологией.
- Во-первых, размер 3D-принтера ограничивает размер модели, которую принтер может воспроизвести.
- Во-вторых, 3D-печать требует времени. В зависимости от технологии, материала, класса оборудования и иных параметров, создание каждого слоя может занять минуты, часы или даже дни. Если существующие производственные технологии могут создавать то же самое быстрее, то это несоответствие препятствует распространению технологии 3D-печати.
- В-третьих, большинство 3D принтеров могут печатать только с использованием одного типа материала в конкретный момент времени. Это также увеличивает время, необходимое для создания многокомпонентных изделий, сочетающих в конструкции разные материалы, т.к. в таком случае печать разных материалов будет происходить последовательно друг за другом.