АКТУАЛЬНОСТЬ

   Запросы потребительского рынка становятся все более разнообразными и требовательными, характерны тенденции быстрой смены дизайна и модельных рядов.

   В условиях рыночной экономики многономенклатурное, интенсивно развивающееся производство требует значительного сокращения сроков освоения выпуска новых изделий, обеспечения конкурентоспособности и роста технико-экономических показателей при минимизации издержек. 

   Известно, что при создании новых видов продукции этапы проектирования изделий и изготовления соответствующей технологической оснастки традиционными, субтрактивными, способами (механообработка, литье, электрофизическая обработка и др.) являются самыми трудоемкими и дорогостоящими во всем цикле производственного процесса, вносящими значительный вклад в технологическую себестоимость изделий, цена ошибок на данных этапах крайне высока.

   Необходимо многократно изготовливать конструкторские прототипы, шаблоны, макеты, мастер-модели, а также вспомогательную оснастку для их получения (а это трудоемкие, длительные и дорогостоящие процессы, часто требующие высококвалифицированного и кропотливого ручного труда), что в совокупности оказывает значительное влияние на сроки и экономику подготовки производства новых изделий. 

   Таким образом, один из важнейших вопросов при разработке новых изделий связан с необходимостью снижения объемов и сроков технической подготовки их производства, решением задач экономии ресурсов - сокращением материальных, энергетических и трудовых затрат.

   В связи с этим,  многим видам современных производств необходимы новые, прогрессивные методы, позволяющие обеспечить гораздо более эффективное выполнение именно этапов проектирования изделий и изготовления формообразующей оснастки.

ИННОВАЦИИ

   Новые технические решения, подготовленные качественным скачком в развитии информационных технологий, появлением новых видов материалов, прогрессом в области практического применения лазеров и средств высокоточной обработки материалов, обусловили в конце 80-х - начале 90-х годов прошлого века появление инновационных, высокотехнологичных методов изготовления изделий (конструкторских прототипов, моделей и пр.) сложной формы путем их прямого послойного выращивания.

   Разработанные методы позволили реализовать процессы непосредственной трансформации исходного материала в трехмерный объект без использования дорогостоящей формообразующей оснастки, с достаточно высокой точностью и скоростью, минуя многочисленные стадии получения заготовок и шаблонов. 

   За рубежом новые технологические методы получили общее название Rapid Prototyping & Manufacturing (RP&M) - быстрое прототипирование и оперативное производство. В нашей стране также исследовались и разрабатывались аналогичные методы, для их обозначения было предложено использовать название “технологии послойного синтеза” (ТПС), т.к. в основе лежит принцип последовательного (аддитивного) наращивания слоев материала.

   Под термином “послойный синтез” понимают такие технологические способы формообразования изделий, при осуществлении которых каждый слой создаваемого объекта формируется отдельно (независимо от типа используемого материала), при этом он одновременно соединяется с предыдущим. В процессе последовательного сращивания N слоев образуется монолитная трехмерная деталь.

  Результатом комплексных исследований ТПС явилось создание нового класса технологического оборудования - автоматизированных установок послойного синтеза изделий.

 

ПРИНЦИП

   Общий принцип послойного синтеза трехмерных объектов заключается в том, что управляемый программой компьютера формообразующий инструмент (сфокусированный луч лазера, поток УФ-излучения, электронный луч, струя расплава полимера) последовательно формирует топологию слоя на поверхности обрабатываемого материала, вызывая в нем требуемые физико-химические преобразования (фотополимеризацию, спекание, плавление, сварку или деструкцию).

   Главная особенность заключается в том, что одновременно осуществляются процессы формирования структуры материала и точного воспроизведения конфигурации изделия, задаваемой с помощью системы автоматизированного проектирования и управления.

   Послойное формообразование изделий может осуществляться из различных материалов, которые могут находиться в различном агрегатном состоянии. В настоящее время для изготовления изделий методом послойного синтеза используются жидкие фотополимеризуемые композиции, полимерные, керамические и металлические порошки, полимерные гранулы и нити, тонколистовые заготовки из бумаги, пленки или фольги.

   Скорость и точность методов послойного синтеза, толщина формируемых слоев определяются принципом действия и техническими возможностями соответствующего оборудования. 

   Интенсивное развитие технологий быстрого прототипирования, динамичный прогресс в области разработки материалов, аппаратурного и программного обеспечения привело в настоящее время к появлению большого количества всевозможных видов оборудования (в том числе очень доступных теперь по уровню цен), значительному росту объема продаж установок послойного синтеза (практически повсеместно называемых теперь "3D-принтерами") и соответствующих сервисных услуг, формированию единого и универсального технологического тренда - "3D-печать".

РЕАЛИЗАЦИЯ

 

   Технологии послойного синтеза разрабатывались, в первую очередь, для решения задач ускоренной отработки дизайна и технологичности конструкции новых изделий, оперативного изготовления прототипов и моделей будущих серийных изделий, изготовления соответствующей формообразующей оснастки.

   В общем случае реализация ТПС включает в себя три основных этапа:

1.     Трехмерное компьютерное моделирование изделия.

Современное конструирование новых изделий и проектирование процессов их производства осуществляется с помощью методов трехмерного компьютерного моделирования, а также методов автоматического бесконтактного оцифровывания поверхности реальных трехмерных объектов (3D-сканирования), на основе систем автоматизированного проектирования (САПР - EUCLID, CATIA, T-Flex, Pro/ENGINEER, UNIGRAPHICS, SOLID WORKS, AUTOCAD, KOMPAS и др.).

3D САПР позволяют получать с объемной математической модели (образа будущего изделия) плоские виды и сечения, вносить в них необходимые корректировки и дополнения, а главное – автоматически создавать управляющие программы для дальнейшего изготовления реальных изделий на соответствующем оборудовании (установках послойного синтеза, станках с ЧПУ). 

2.     Формообразование изделия одним из методов ТПС. 

Среди наиболее активно и эффективно использующихся в настоящее время ТПС выделяют следующие:

- лазерная / масочная / проекционная стереолитография;

- лазерное спекание полимерных, керамических, металлических порошковых материалов;

- лазерное и электронно-лучевое плавление металлических порошков;

- послойное наращивание ("струйное", "капельное") слоев из различных видов термопластичных полимеров (экструдированием, наплавлением, распылением, пропиткой);

- автоматизированный (лазерный и механический) раскрой тонколистовых заготовок.

   Каждый из данных методов ТПС имеет свою сферу применения, очевидные преимущества и недостатки. Постоянно ведутся разработки в области модификации имеющихся и создания новых методов ТПС.

3.     Доработка (тепловая / световая /  механическая / химическая обработка, доводка и пр.) полученного изделия в соответствии с его дальнейшим функциональным назначением -прототип, концепт-модель, мастер-модель, готовое изделие.

   Интеграция 3D САПР с технологиями послойного синтеза обеспечивает широчайшие возможности для конструирования изделий, проектирования технологических процессов, вариативности дизайна,  анализа технологичности изделий, проведения физико-механических испытаний, проверки узлов и агрегатов на собираемость,  позволяет резко сократить время и затраты, необходимые для детальной проработки новых конструкций. 

РАЗВИТИЕ

   Во всем промышленно развитом мире постоянно растет осознание значимости технологий быстрого прототипирования для повышения технического уровня производства, обеспечения конкурентоспособности.

   Поскольку развитые страны, особенно США, Германия, Израиль, Япония, ушли в области RP&M далеко вперед, с нашей точки зрения оптимальным для России была бы закупка готовых систем (САПР, материалов, оборудования, комплектующих), адаптация их к нашим условиям. Это явилось бы базой для усовершенствования технологических процессов, развития новых конкурентоспособных производств, создания отечественных технологических  "ноу–хау", которые российские специалисты могли бы предлагать рынку, позволило бы изучить имеющийся мировой опыт, получить новые технологические знания и создать основу для собственных разработок в области RP&M.

TROPOSPHERE 

3D Project

© 2013 TROPOSPHERE 3D project  |  СИНТЕЗ ПРИРОДЫ ВЕЩЕЙ  |  Все права защищены

   ВСЁ ДЛЯ 3D ПЕЧАТИ: Технологии | Оборудование | Материалы | Услуги
 
  • продвижение на рынке РФ передовых решений в области быстрого прототипирования и оперативного производства
  • популяризация уникальных технологических возможностей 3D печати | области эффективного прикладного применения
  • консультации при выборе 3D принтеров по целевому назначению | профессиональные рекомендации и советы
  • оказание услуг 3D печати: визуализация и концептуальный дизайн | функциональные прототипы | мастер-модели