Аддитивные технологии: что это, плюсы и минусы

С развитием технического прогресса в нашу жизнь постоянно приходят новые технологии, которые оптимизируют производственные процессы, и делают легче жизнь обычно человека. Чтобы снизить временные и материальные затраты на производство, были разработаны так называемые аддитивные технологии (от англ.  add – добавлять).

Что такое аддитивные технологии?

Аддитивные технологии или по-другому 3Д-принтинг представляет собой создание деталей при помощи специального аппарата – 3Д-принтера – путем наслоения материала друг на друга. Чтобы создать такую деталь, для начала разрабатывается компьютерная 3Д-модель. После чего файл с трехмерной моделью загружается в аддитивный аппарат, где происходит изготовление изделия. После извлечения детали из машины, его можно использовать сразу или требуется доработать (грунтовка, покраска и др.).

Первый такой аппарат был придуман в 1986 году ученым Чарльзом Халлом. На первых порах в 3Д-принтерах можно было использовать только полимерные материалы для создания изделий. Сегодня спектр намного больше: композитные порошки, инженерный пластик, керамика, песок и даже металл и различные сплавы.

Аддитивные технологии нашли применение в электронике, медицине, автомобильной и аэрокосмической промышленности, науке и многих других сферах. Различают несколько технологий:

1. Послойное выращивание детали из полимерной нити.
2. Селективное сплавление порошков из металла.
3. Селективное лазерное спекание порошков из полимеров.
4. Лазерная стереолитография.

Преимущества аддитивных технологий

Новые аддитивные технологии приходят на замену традиционным способам в производстве, электронике, науке и других областях. У этих технологий есть много преимуществ:

• Сокращение рабочего процесса и значительное уменьшение производственных отходов. Создание деталей обычным способом довольно трудоемкий процесс. Сначала делается заготовка, потом вытачивается на разных инструментах. Это долго и в итоге образуется много отходов. При изготовлении деталей литьем, необходимо в начале изготовить формы. Использование 3Д-принтеров позволяет обходиться без предварительных заготовок, а материала требуется ровно столько, сколько уйдет на изделие без сопутствующих отходов.
• Сокращение материалов на изготовление и себестоимости изделий. С внедрением аддитивных технологий значительно сокращается количество материалов для изготовления деталей, а значит, себестоимость готового продукта будет ниже. В некоторых отраслях при традиционных способах производства производственные отходы могут составлять до 80%.
• Вариативность и индивидуализация изделий. Для изготовления разных вариантов изделия достаточно внести небольшие изменения в 3Д-модель. Это очень удобно, когда в сжатые сроки нужно усовершенствовать изделие или представить несколько вариантов. Также это хорошо для изготовления единичных деталей. 3Д-принтинг значительно облегчил работу конструкторов: больше не нужно ждать пока по схеме будут создавать изделие несколько дней, работа займет несколько часов.
• Изготовление деталей высокой сложности. С помощью традиционных методов вроде литья не всегда можно изготовить детали со сложной геометрической формой. Но на 3Д-принтерах можно вырастить практически любую модель, где каждый изгиб и угол будет в точности соответствовать компьютерному эскизу.
• Улучшенные характеристики готового изделия. Послойное изготовление позволяет создать продукцию, которая по своим характеристикам превосходит изделия, созданные традиционным способом. Например, детали, созданные на металлическом принтере по своим качествам намного лучше изготовленных с помощью литья или штамповки.
• Быстрота и легкость обучения персонала. Обучиться создавать трехмерные модели намного проще, чем обучение созданию таких изделий ручным способом. Тем более, что времени на это уйдет намного меньше.
• Мобильность производства. Сотрудник, создающий модели в программе, может находиться в любой части света. Аддитивные технологии позволяют быстро вносить корректировки и быстро пересылать готовые файлы коллегам по электронной почте.
• Точность размеров. У продукции, изготовленной с помощью аддитивных технологий, можно задать разметы с точностью до миллиметров.
• Экологичность. Использование 3Д-принтинга сокращает вредное влияние на окружающую среду. Выброс парниковых газов снижается за счет оптимизации процессов и использования меньшего количества материалов.
• Снижение веса деталей. Использование аддитивных технологий в некоторых отраслях позволяет изготавливать более легкие, но не менее прочные изделия. Например, двигатели для самолетов.

Недостатки аддитивных технологий

Несмотря на все видимые преимущества у 3Д-принтинга есть и свои недостатки. Поэтому применять эту технологию можно не всегда:

• Высокая стоимость. Если необходимо изготовить первичные образцы изделий, то использование этой технологии обойдется дешевле традиционных методов. Но когда нужно запустить массовое производство, применение 3Д-принтера обойдется намного дороже.
• Качество поверхности. На поверхности изделий, выращенных на 3Д-принтере, всегда есть шероховатости из-за используемой технологии процесса.
• Ограниченный список материалов. Спектр материалов значительно увеличился за последние годы, но использовать некоторые материалы по-прежнему нельзя.
• Трещины на изделии. При применении некоторых методов печати на изделии могут образоваться трещины.
• Ограниченный размер изделий. Размер продукции всегда ограничен размерами камеры 3Д-принтера.
• Качество и прочность продукции уступают традиционным литью и фрезеровке.

Итог

Аддитивные технологии все больше входят в современную жизнь, несмотря на имеющиеся недостатки. Впрочем, с развитием технологий многие из них со временем можно устранить. По оценкам экспертов 3Д-технологии могут захватить до 50% производства, особенно это касается областей, где требуется точные размеры и сложные формы.