Аддитивного оборудования что это
Аддитивные технологии. Что это?
Аддитивные технологии наращивают темпы внедрения в нашу жизнь. Все чаще можно увидеть предметы, в производстве которых использовались аддитивные технологии. В этой статье Вы узнаете что это, зачем это нужно и где это применяется.
Аддитивные технологии — это технологии наращивания и синтеза объектов. То есть это технологии, помогающие создать любую форму, используя порошок из металла.
Технология была разработана в 1990 году. Начальным развитием технологии является быстрое создание прототипов для оценки эргономических и эстетических особенностей будущей серийной модели. Несмотря на то, что технологии уже 30 лет, популярность она начала набирать в последние 10 лет.
Аддитивные технологии включают в себя множество методов с разными целями применения.
Говоря простым языком, это наращивание одного материала на другой посредством послойного наплавления лазером через сопло подачи порошка в порошковой камере. Говоря еще проще, это 3D-печать металлическим порошком.
Во-первых, это бесконечные возможности. То есть можно нарастить деталь любой формы. Например, создать деталь с огромным количеством конформных или интегрированных каналов для охлаждения в изготовлении пресс-форм или теплоотвода в двигателях внутреннего сгорания. Также напечатанные детали получаются легче на 60%, чем вырезанные классическим способом аналогичные детали. Это особенно важно в аэрокосмической и медицинской отраслях.
Во-вторых, это экономия на материалах. Наращивание металлическим порошком намного дешевле, нежели классическая обработка цельного куска металла.
В-третьих, это сокращение времени на разработку, потому что функциональные прототипы могут быть изготовлены буквально за день. Стоит отметить, что материалы можно использовать те же, что и при серийном производстве.
Основной принцип этого метода — послойное нанесение материала на уже существующую базу. Особенностью данного принципа является одновременное наплавление комбинации разных материалов посредством лазера. Говоря проще, лазер плавит металлический порошок образуя дорожки. Множество дорожек образуют сплошной слой.
1. Создание детали с нуля. Последовательное наплавление дорожек друг на друга для создания сплошной структуры.
2. Нанесение материалов на существующие. После изготовления детали необходимо нанести антикоррозийный или износостойкий слой на поверхность детали. При помощи лазерной сварки наплавлением данный слой будет наиболее долговечным, нежели традиционное напыление.
3. Ремонт деталей. Зачастую дорогостоящая деталь ломается по той или иной причине. Разработка и вытачивание детали с нуля долго и дорого, а деталь нужна здесь и сейчас. Благодаря возможности наплавления слоя на уже существующую деталь (в нашем случае на поврежденную), отремонтировать деталь можно быстро и недорого.
4. Создание трубчатых структур. Наплавление производится слоями, тем самым можно нарастить трубчатую изогнутую структуру любой формы. Металлические, легкие и изогнутые трубки пользуются огромным спросом в аэрокосмической отрасли, где все зависит от веса и прочности каждого элемента конструкции.
5. Комбинация материалов и создание градиентных. Исходя из технологии, через 2 сопла подается 2 металлических порошка, которые плавятся под действием лазера. Это редкая возможность комбинировать 2 металла для создания детали, которая будет обладать преимуществами каждой из них.
Разберем пример создания коленного импланта. Для начала фрезеруется деталь-платформа для коленного импланта (она гладкая и глянцевая на детали). Это занимает ровно 12 минут на 1 деталь. После чего на эту платформу наращивается основная часть импланта. За 9 часов можно нарастить 9 имплантов.
Таким образом, за 9 часов и 12 минут будут готовы импланты, которые вернут людям возможность ходить. Кстати, верхний коленный имплант (над красным кругом) также был напечатан на станке, однако фрезерная обработка была совершена после печати, а не до в сравнении с нижним коленным имплантом.
Аддитивное производство активно применяется в авиакосмической отрасли, потому что можно создавать легкие компоненты необычных форм, с возможностью комбинации материалов для улучшений свойств, таких как теплопроводность и прочность деталей. Для получения идеальной детали необходимо применять иную обработку. В галерее Вы можете увидеть поэтапное создание корпуса турбины для авиастроения.
Подытожим. Аддитивное производство развивается стремительными темпами, дополняя традиционное создание деталей, а местами даже заменяя его. Уже в ближайшем будущем найдутся решения, которые обратят недостатки наращивания деталей в преимущество, и тогда уже можно будет говорить о полноценной замене традиционной фрезерной и токарной обработке.
На сегодняшний день мы имеем следующие общие преимущества и недостатки, связанные с аддитивными технологиями.
1. Создание объекта всего за одну процедуру печати.
2. Возможность создания объектов, которые невозможно сделать при традиционной обработке. Например, полые изнутри объекты, часто применяемые в изготовлении протезов.
3. Построение объектов любой сложности, с минимальными временными затратами на приготовление процесса из-за отсутствия необходимости в разработке технологического процесса.
4. Построение объекта, элементы которого сделаны с использованием разных материалов.
1. Из-за особенности наращивания деталей в структуре могут быть мелкие поры, которые недопустимы для хранения некоторых жидкостей, например, гелия.
2. По сравнению с цельным куском металла, который был обработан точением и сверлением, наращенный металлический порошок имеет сравнительно меньшую прочность из-за своей структуры.
3. Дорогостоящие расходные материалы. При наращивания используется большое количество металлического порошка, а также инертных газов.
4. При быстрой печати возможны неточности в производстве, которые в последствии необходимо устранять традиционной обработкой.
5. Деталь имеет множество лишних структур, нужные в качестве поддержки. Решается эта проблема при помощи фрезерного/токарного станка или ручной обработкой. Некоторые станкостроительные компании предлагают гибридные станки, сочетающие в себе аддитивные и фрезерные технологии.
Спасибо специалистам из DMG MORI за консультации по теме аддитивных технологий.
Офигенно, спасибо! Очень интересно.
А можно следующую статью про выращивание монокристаллов? Насколько я понимаю, там как раз получается добиться максимальной жесткости структуры. Смотрел видео про историю металлообработки и там в конце рассказывали как выращивать форсунки авиационных турбореактивных двигателей.
Аддитивные технологии на молекулярном уровне сулят фантастическими прорывами в технологиях.
А как такие изделия в плане сопромата?
сложная тема простыми словами- то, что надо!
Аддитивные технологии в действии
Сегодня аддитивные технологии активно применяются на различных производствах по всему миру. Одним из главных российских драйверов внедрения промышленной 3D-печати является Ростех и входящая в его состав Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК).
О преимуществах аддитивного производства, инновационных методах промышленной 3D-печати и о том как «вырастить» двигатель при помощи лазера – в нашем материале.
Аддитивные технологии: основа промышленной революции
Аддитивное производство (Additive Manufacturing) – это создание изделий, основанное на поэтапном добавлении материала на основу в виде плоской платформы или осевой заготовки. В самом термине «аддитивность» (от лат. additivus – прибавляемый) заложен основной принцип этого процесса. Такой способ изготовления также называют «выращиванием» из-за послойного создания изделия.
Таким образом, суть аддитивного производства – в сложении, а не вычитании. Если при традиционном производстве вначале имеется заготовка, от которой потом отсекается все лишнее, то в случае с аддитивными технологиями новое изделие создается из ничего, а точнее, из расходного материала. Например, в домашних 3D-принтерах – это специальная пластмассовая проволока. Но, как известно, из пластика можно печатать только не слишком прочные детали и предметы. Относительно недавно в 3D-сфере началась новая эра – печать из металлических материалов. Именно данная технология аддитивного производства является основой происходящей сейчас промышленной революции.
В чем же преимущество и революционность этой новой идеи? Наиболее, пожалуй, важное достоинство аддитивных технологий заключается в том, что компьютерные модели деталей можно мгновенно передавать по сети на производственную площадку в любую точку мира. Таким образом, меняется сам привычный уклад производства – 3D-принтер не только добавляет производству мобильности, но и может заменить огромное количество оборудования на обычном заводе.
Среди других ключевых преимуществ – это снижение числа комплектующих частей создаваемых деталей. Например, изготовление обычным методом топливной форсунки для реактивного двигателя требует около 20 разных запчастей, которых нужно соединить с помощью сварки. Применение же 3D-печати позволяет создавать форсунку намного быстрее из специального материала.
Отсюда следует еще один важный момент – экономия исходного сырья и минимизация отходов. Аддитивные технологии позволяют в производстве использовать ровно столько материала, сколько требуется для конкретной детали. При традиционных способах изготовления потери сырья могут составлять до 85%.
Благодаря этому снижается и вес готовой детали, что особенно актуально для авиационной промышленности. Производители авиадвигателей уже научились создавать аддитивным способом различные кронштейны и втулки, которые при сохранении всех прочностных характеристик на 40-50% легче своих «традиционных» аналогов.
Еще одна сильная сторона аддитивного производства – штучное изготовление изделия любой формы. Этим объясняется особый интерес к аддитивным технологиям медицины и авиационно-космической промышленности – отраслей, которые довольно часто требуют мелкосерийного производства. Например, Boeing уже произвел методом аддитивных технологий более 20 тыс. деталей для военных и гражданских самолетов компании.
ОДК: драйвер внедрения аддитивных технологий
В России один из главных драйверов внедрения аддитивных технологий – Ростех и входящая в его состав Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК). Ростех начал внедрение аддитивных технологий при производстве перспективных российских газотурбинных двигателей, которые будут сертифицированы в 2025 – 2030 годах. Детали, изготовленные этим методом, будут составлять до 20% общей массы двигателя. Внедрение 3D-печати позволит в три раза снизить время и в два раза сократить стоимость изготовления серийных деталей.
Для этого Госкорпорация создала единый Центр аддитивных технологий на базе рыбинского «ОДК-Сатурн». Здесь разработан и апробирован процесс изготовления деталей селективным сплавлением, начиная от разработки 3D-модели, заканчивая функциональной деталью. Сотни различных опытных деталей, изготовленных селективным плавлением из кобальтового, титанового сплавов, нержавеющей стали, уже успешно прошли стендовые испытания в составе двигателей.
Создание высокотехнологичного Центра аддитивных технологий (ЦАТ) ведется и на другом предприятии ОДК – Московском машиностроительном предприятии имени В.В. Чернышева. Организаторами ЦАТ являются холдинги авиационного кластера Ростеха: помимо ОДК, это «Вертолеты России», КРЭТ и «Технодинамика». Причем клиентами Центра могут стать не только предприятия Госкорпорации, но и другие промышленные организации. Заказчики смогут получить полный спектр услуг: от разработки конструкции до серийного производства и сертификации продукции. Здесь создается целый конструкторско-технологический комплекс, который включит в себя лабораторию металлургических исследований и конструкторское бюро.
В первую очередь в ЦАТ осваиваются две базовых технологии: селективное послойное сплавление лазером металлического порошка и прямое лазерное выращивание.
Лазерное выращивание
Лазерные технологии для печати металлом на сегодняшний день являются наиболее быстро развивающимся методом аддитивного производства. Как упоминалось выше, их можно разделить на две группы: селективное лазерное плавление и прямое лазерное выращивание.
Селективное лазерное плавление (SLS) – технология изготовления сложных по форме и структуре изделий из металлических порошков. Сначала формируется равномерный слой порошка на подложке, а затем происходит плавление порошка при помощи мощного лазерного излучения.
Данная технология 3D-печати металлом способна с успехом заменить классические производственные процессы. К примеру, на пермском моторном заводе «Авиадвигатель» (входит в ОДК) технологию селективного лазерного спекания впервые применили еще в 2010 году для изготовления литых деталей из титановых, никелевых, кобальт-хромовых порошков.
«Сейчас конструкторы разрабатывают детали, геометрию которых традиционными методами – точением или литьем – выполнить крайне сложно или вообще технически невозможно,– а на «выращивание» одной детали, к примеру, завихрителя, кронштейна, гребенки, уходит от 6 до 40 часов», – комментирует начальник отдела разработки перспективных технологий ремонта завода «Авиадвигатель» Александр Ермолаев.
Второй вид лазерной технологии аддитивного производства настолько новый, что пока не имеет устоявшегося названия: «прямое лазерное выращивание» (DMLS) или «гетерофазная лазерная порошковая металлургия». Суть его заключается в том, что металлический порошок подается через специальное сопло непосредственно в ту же область, куда подводится лазерный луч, образуя локальную ванну жидкого расплава. Этот процесс можно образно сравнить с работой струйного принтера для бумаги.
Технология дает возможность подачи нескольких видов металлических порошков в зону выращивания. Таким образом можно создавать изделия с градиентными свойствами, например, одна часть детали может быть коррозионностойкой, а другая – жаростойкой.
Прямое лазерное выращивание позволяет значительно увеличить производительность производства. Например, корпус камеры сгорания для небольшого газотурбинного двигателя можно вырастить с нуля за три часа. Для сравнения – при использовании традиционных технологий на это уходит около двух недель. При этом результаты конструирования видны моментально, и вносить в них изменения можно сразу же. Благодаря этому в десятки раз ускоряется процесс проектирования и создания новой техники.
Данная технология уже нашла свое применение в различных наукоемких отраслях промышленности, в числе которых и двигателестроение. Номенклатура деталей, которые изготавливаются с помощью установки прямого лазерного выращивания, широкая – от гребных винтов до небольших фрагментов современных и перспективных двигателей.
Недавно ОДК ввела в эксплуатацию самую большую в России установку прямого лазерного выращивания из порошковых металлических материалов. Этот 3D-принтер крупногабаритных деталей для промышленных газотурбинных двигателей позволяет производить изделия размером до 2,5 метров в диаметре. К 2021 году на базе ПАО «Кузнецов» данным методом планируется изготавливать более 50 элементов для современных газотурбинных двигателей.
Электронно-лучевая плавка
Электронно-лучевая плавка (EBM) является еще одной технологией аддитивного производства. Этот метод, по сути, практически не отличается от SLS/DMLS печати металлом. Единственное отличие заключается в том, что вместо лазерного луча плавление осуществляется при помощи электроимпульсов.
Технология печати методом электронно-лучевой плавки металлических порошков позволяет изготавливать детали практически любой сложности, даже совсем миниатюрные изделия размером 0,2-0,4 мм. Такой 3D-принтер сможет «напечатать» практически все: от лопаток турбин авиадвигателей до ювелирных изделий.
В мировой практике промышленные электронно-лучевые 3D-принтеры часто используют для производства остеоимплантов – искусственных имплантов костей. Для их построения используют сплавы титана и нержавеющей стали. В отличие от лазерных 3D-принтеров, электронно-лучевые принтеры могут использовать металлические порошки более крупной фракции, например 75-120 мкм. Шероховатая поверхность вовсе не страшна остеоимпланту и даже может обеспечить лучшую сращиваемость в организме. При этом более крупные фракции металлических порошков дешевле по стоимости, и, как следствие, удешевляется процесс производства.
Еще одно преимущество электронно-лучевой плавки – это возможность получать готовые изделия без необходимости дополнительной термообработки в вакуумных печах, как при печати по технологии SLM. Сама печать происходит при высокой температуре в камере. В результате полного локального расплавления порошка детали обладают очень высокой плотностью, сравнимой с технологией литья.
Первый российский электронно-лучевой 3D-принтер для печати металлическими порошками сейчас разрабатывает холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех. Первый полнофункциональный образец будет произведен в конце 2020 года.
События, связанные с этим
«Вечные двигатели» и их создатели. Павел Соловьев
«Вечные двигатели» и их создатели. Николай Кузнецов
Аддитивные технологии и аддитивное производство
Применение новых технологий — главный тренд последних лет в любой сфере промышленного производства. Каждое предприятие в России и мире стремиться создавать более дешевую, надежную и качественную продукцию, использую самые совершенные методы и материалы. Использование аддитивных технологий — один из ярчайших примеров того, как новые разработки и оборудование могут существенно улучшать традиционное производство.
Что такое аддитивные технологии?
Аддитивные технологии производства позволяют изготавливать любое изделие послойно на основе компьютерной 3D-модели. Такой процесс создания объекта также называют «выращиванием» из-за постепенности изготовления. Если при традиционном производстве в начале мы имеем заготовку, от которой оптом отсекаем все лишнее, либо деформируем ее, то в случае с аддитивными технологиями из ничего (а точнее, из аморфного расходного материала) выстраивается новое изделие. В зависимости от технологии, объект может строиться снизу-вверх или наоборот, получать различные свойства.
Общую схему аддитивного производства можно изобразить в виде следующей последовательности:
Первые аддитивные системы производства работали главным образом с полимерными материалами. Сегодня 3D-принтеры, олицетворяющие аддитивное производство, способны работать не только с ними, но и с инженерными пластиками, композитными порошками, различными типами металлов, керамикой, песком. Аддитивные технологии активно используются в машиностроении, промышленности, науке, образовании, проектировании, медицине, литейном производстве и многих других сферах.
Наглядные примеры того, как аддитивные технологии применяются в промышленности — опыт BMW и General Electric:
Преимущества аддитивных технологий
Схематично различия в традиционном и аддитивном производстве можно изобразить следующей схемой:
Аддитивное производство: технологии и материалы
Под аддитивным производством понимают процесс выращивания изделий на 3D-принтере по CAD-модели. Этот процесс считается инновационным и противопоставляется традиционным способам промышленного производства.
Сегодня можно выделить следующие технологии аддитивного производства:
В отдельную категорию стоит вынести технологии быстрого прототипирования. Это способы 3D-печати, предназначенные для получения образцов для визуальной оценки, тестирования или мастер-моделей для создания литейных форм.
Аддитивные технологии в России
Отечественные предприятия с каждым годом все более активно используют системы 3D-печати в производственных и научных целях. Оборудование для аддитивного производства, грамотно встроенное в производственную цепочку, позволяет не только сократить издержки и сэкономить время, но и начать выполнять более сложные задачи.
Компания Globatek.3D с 2010 года занимается поставкой в Россию новейших систем 3D-печати и 3D-сканирования. Оборудование, установленное нашими специалистами, работает в крупнейших университетах (МГТУ им. Баумана, МИФИ, МИСИС, Приволжском, СГАУ и других) и промышленных предприятиях, учреждениях ВПК и аэрокосмической отрасли.
Репортаж телеканала «Россия» об использовании SLM 280HL, установленном специалистами Globatek.3D в Самарском государственном аэрокосмическом университете:
Специалисты GLobatek.3D помогают профессионалам из различных областей подобрать 3D-оборудование, которое будет максимально эффективно решать задачи, стоящие перед предприятием. Если ваша компания планирует приобрести оборудование для аддитивного производства, позвоните по телефону +7 495 646-15-33, и консультанты компании Globatek.3D помогут вам с выбором.
Globatek.3D — 3D-оборудование для профессионалов.
Оборудование для аддитивных технологий
Развитие технологий аддитивного производства условно разделяют на три основные категории :
Изначально оборудование для аддитивного производства позволяло изготавливать лишь прототипы изделия. Однако сейчас производятся заготовки и готовые изделия, работающие в конечных узлах и устройствах. Дальнейшее развитие должно быть направлено на совершенствование оборудования для обеспечения надёжности и повторяемости свойств изделий, требуемых промышленности. Для этого необходимо проведение следующих работ :
Рынок АП-установок делится на три сегмента :
В настоящее время рынок аддитивных технологий стремительно изменяется. Происходит слияние и поглощение компаний – производителей АМ-машин, возникают новые центры оказания услуг в области AM-технологий, эти центры объединяются в глобальную сеть оказания услуг. С другой стороны, происходит специализация: компании сворачивают бизнес в малодоходной для них области, но развивают направления, где компетенции компании наиболее конкурентоспособны.
Наиболее крупными компаниями-производителями 3D-принтеров являются 3D Systems (работает с большинством технологий и быстро поглощает более мелкие компании) и Stratasys (предлагает оборудование, работающее по технологиям FDM и Polyjet Matrix, а также специальные 3D-принтеры для стоматологических работ, печатающие воском).
Другие крупные производители 3D-принтеров, которые котируются на фондовой бирже: Arcam (выпускает принтеры, работающие по технологии EMB), ExOne (предлагает принтеры, функционирующие по технологии Binder Jetting с использованием силикатов и металлов) и Organovo (специализация — биопечать) .
Ключевыми компаниями в области аддитивных технологий являются:
Новейшие достижения в лазерной технике позволили создать новый класс машин для аддитивного производства, конкурирующих с традиционными технологиями механообработки.
Среди основных производителей профессиональных машин – авторитетных компаний с длительной историей работы на рынке: 3D Systems, США; EOS, Германия; SLM Solution, Германия; Objet Geometries, Израиль; Envisiontec, США-Германия; ExOne, США; Stratasys, США; Voxeljet, Германия.
Новое поколение оборудования стереолитографии (SL) представлено установкой SLA-3500. Эта установка позволяет изготавливать изделия средних размеров с высокой производительностью, благодаря применению сложных узлов, рассчитанных на надежную работу в течение многих лет. Производительность установки SLA-3500 на 53% выше, чем у SLA 250. Камера установки SLA-3500 имеет достаточное пространство для изготовления изделий средних размеров или нескольких изделий одновременно. SLA-3500 снабжена новым твердотельным лазером из Nd:YVO4, работающим с утроенной частотой, который обеспечивает мощность в рабочей камере не менее 160мВт в течение 5000 часов работы.
Следующая стереолитографическая установка, представленная американской компанией 3D Systems — SLA-5000. В ней использованы все новейшие достижения в области стереолитографии, значительно повышающие скорость построения изделия и обеспечивающие простоту эксплуатации. Скорость построения изделия на SLA-5000 на 35% выше, чем на SLA-500. Установка обеспечивает высокие темпы разработки новых изделий. Максимальные размеры построения изделия SLA-5000 составляют 508х508х584 мм, позволяя изготавливать крупногабаритные конструкции или одновременно несколько одинаковых (различных) изделий.
Большая часть компаний-производителей использует в своих машинах лазер в качестве источника энергии для соединения частиц металлопорошковых композиций: Arcam (Швеция), используется EBM-технология; Concept Laser (Германия); EOS (Германия); Phenix Systems (Франция); Realizes (Германия); Renishaw (Великобритания); SLM Solutions (Германия); Systems (США).
Оборудование для реализации аддитивных технологий Direct Deposition производят POM Group, Optomec, Sciaky (США), Irepa Laser (Франция) и InssTek (Ю. Корея).
Сводная информация, включающая характеристики основных установок, использующих технологию напыления, представлена в табл. 28.
POM (Precision Optical Manufacturing) является разработчиком DMD-технологии и держателем патентов на оригинальные технические решения по лазерным системам и системам управления с обратной связью с одновременным регулированием в режиме реального времени основных параметров построения детали.
Характеристики установок, работающих по технологии DED
| Название | Максимальные размеры зоны построения, мм | Источник энергии, мощность, Вт. | Толщина слоя, мм | Производи-тельность, см 3 /ч | Доступные материалы |
|---|---|---|---|---|---|
| LENS 750 | 300x300x300 | 500; 1000; 2000 | 0,3-1,0 | 30-100 | Ti, Ti-64;6264; H13, A2, S7; 304, 316, 420, 17-4 PH; Inconel 625, Inconel 718; Hastelloy X; Cu, Al, Stellit 21 |
| LENS MR-7 | 300x300x300 | 500 | 0,3-1,0 | 30-100 | |
| LENS 850-R | 1500x900x900 | 1000; 2000; 3000; 4000 | 0,3-1,0 | 30-150 | |
| DMD505D | 863x863x609 | 1000-5000 | 0,2-1,2 | 20-150 | H13, S7; 420SS, 316SS; CPM1V, CPM10V; Cermets, C250, C276; Inconel 625, 718; Waspalloy; Invar; Stellites — 6, 21, 31; Ti, Ti-6Al-4V |
| DMD103/105D | 300x300x300 | 1000-5000 | 0,2-1,2 | 20-150 | |
| DMD 44R (Robotic DMD) | 1950x2140x 330° | 1000-5000 | 0,2-1,2 | 20-150 | |
| DMD 66R (Robotic DMD) | 3200x3665x 360° | 1000-5000 | 0,2-1,2 | 20-150 | |
| DMD IC106 (Robotic Inert chamber m/c) | 800 (31.5) reach, 6-axis robot | 1000-5000 | 0,2-1,2 | 20-150 | |
| VC LF200 (LF300, LF500) | 400х350х200 | 300-500 | 0,1-0,3 | 0,5-4,0 | 316L, 410; Ti, Ti64, Inconel 718, 625; Stellite 6-12-2125, H13, D7, T15, CPM 10V, M2, Waspalloy, 440, Hatfield steel, Cu |
| VILF4000 MacroCLAD | 950 x 900 x 500 | 300-500 MacroCLAD | 650x700x500 | 300-500 8,0-85,0 | |
| MAGIC LF6000 | 1500x800x800 | 750-4000 | 0,2-0,8 | 8-50- мм3/ч | |
| MX-3 | 1000x800x650 | 500-1000 | н/д | н/д | P20, P21, H13, D2, 304, 316 420 steels; Ti, Ti-6-4,; Inconel 600, 625, 690, 713, 718, 738; Hastelloy X; Ni, Co-Cr, Stellite 6, 21 |
| MX-4 | 450 x 450 x 350 | н/д | н/д | ||
| Sciaky’s DM | 5700x1200x1200 | (электронный луч) | н/д | 7-18 кг/ч | сплавы Ti, Ni, Al, Fe |
| Honeywell Aerospace | 1200х1200х1800 | (плазма) | н/д | н/д | Ti, Al, Inconel, 316L. |
| Lasertec 65 | 650x650x360 | 2000 | от 0,1 | — | н/д |
Рис. 156. а – DMD-система на базе робота, модель 66R; б – установка DMD 505D
Мощные лазеры обеспечивают высокую производительность – скорость синтеза составляет 24-160 см 3 /ч. Оригинальная система управления позволяет регулировать размер пятна расплава в зависимости от конфигурации элементов строящейся детали: уменьшая размер пятна и, соответственно, подачу материала в зону расплава при проработке тонкостенных элементов и увеличивая – при построении массивных элементов.
Модели LENS 750, LENS MR-7 в базовой версии имеют 3 оси управления, в качестве опции дополнительно может быть установлен поворотный стол, обеспечивающий 4 и 5-ю оси управления. Точность позиционирования 0,25 мм, производительность до 100 г/ч LENS 850-R в базовой версии имеют 5 осей управления и оснащены двумя бункерами по 14 кг. В машинах используются порошки с фракционным составом 36-150 мкм.
Рис. 157. Установка Optomec LENS 850
Оригинальную аддитивную технологию применяет компания Sciaky (США). Компания специализируется на разработке технологий и оборудования для сварки и свои «сварочные» компетенции использовала для создания AТ-машины, в которой построение детали производится методом послойного наваривания материала в расплаве, сформированном не электрической дугой или лазером, а электронным лучом. Компания назвала свою технологию EBDM – Electron Beam Direct Manufacturing («прямое производство посредством электронного луча»).
Рис. 158. Установка Sciaky EBDM
Компанией BeAM, базирующейся во Франции. Эта фирма, основанная в 2012 году, уже получила известность в ряде европейских стран благодаря созданной здесь новой технологии 3D-печати металлических изделий, получившей название CLAD. Этот метод можно использовать как для изготовления различных изделий, так и для ремонта поврежденных деталей, например в аэрокосмической промышленности.
Ранее для 3D-печати металлов использовались технологии прямого лазерного спекания металла (DMLS) и селективного лазерного спекания (SLS), при которых слой металлического порошка расплавлялся с помощью направленного действия мощного лазерного луча. Способ, предложенный BeAM, также состоит в расплавлении частиц металла с помощью лазера, однако для этого не требуется нанесения вещества тонким слоем и его предварительного просеивания.
Французская компания BeAM (Be Additive Manufacturing) работает в тесном сотрудничестве с фирмой Irepa Laser, которая является создателем технологии CLAD, разработанной для нужд аэрокосмической отрасли, и предоставляет современные лазерные технологии (рис. 159).
Рис. 159. Установка MAGIC LF 6000
Стратегический альянс между германским концерном GILDEMEISTER и японской компанией Mori Seiki официально начался в 2009 г.
 |
| Рис. 160. Установка InssTek MX-3 |
После удачного выхода на рынки Германии, Азии, США и Японии DMG и Mori Seiki объединили свои усилия в Европе с 1 апреля 2012 г.
Рис. 161. Гибридный станок LASERTEC 65 3D
Компания SLM Solutions производит установки, работающие по технологии СЛП. Отличительной особенностью установки SLM Solutions 280HL является возможность установки двух лазеров. Один, менее мощный (400 Вт), обладая меньшим диаметром пятна (около 80 мкм) обрабатывает поверхностные области изделия, а также тонкие элементы, а более мощный (1000 Вт), с диаметром пятна около 700 мкм обрабатывает сплошные участки слоя. Также, есть возможность обрабатывать сплошные участки не на каждом слое, а через один или два слоя, обрабатывая только поверхностные области. Это позволяет значительно повысить скорость изготовления изделия.
На установке SLM Solutions 500HL (рис. 162) кроме возможности последовательной обработки лазерами разной мощности существует возможность установки до четырёх отдельных лазерных систем, которые позволяют производить лазерную обработку одновременно четырьмя лазерами. При изготовлении детали возможен подогрев области построения до 500°C. Изготовление детали производится в среде аргона или азота.
Компания Realiser, ранее являвшаяся партнёром SLM Solutions, но в 2010 г. ставшая самостоятельной, выпускает несколько различных установок, работающих по технологии СЛП. Одна из них, SLM 50, отличается своими размерами – она предполагает настольную установку, обладает малой областью построения и подходит для исследовательских целей, либо для изготовления ювелирных или стоматологических изделий.
Рис. 162. Установка SLM Solutions 500HL
Машина SLM 100 обладает рабочей камерой с размерами 125x125x100 мм и лазерным пятном до 20 мкм, что позволяет изготавливать стенки с толщиной до 60 мкм. Установка SLM250 (рис. 163) обладает лазерной системой, позволяющей уменьшить диаметр пятна с 40 мкм до 20 мкм, а нанесение слоя происходит за 4 с.
Рис. 163. Установка Realiser SLM 250
Рис. 164. Установка Renishaw AM250
Поставщики металлопорошковых композиций
В мире существует несколько десятков крупных компаний – производителей металлопорошков по технологиям атомизации (США, Франция, Германия, Швеция, Япония, Китай и др.). Компании приобреют атомайзеры у других компаний или разрабатывают свои собственные конструкции. Большинство компаний не продает свои технологии, даже в качестве лицензий, акцентируя свой бизнес только на производстве порошков. Редким исключением является шведская компания Sandwik Osprey (Швеция), которая в 80-х гг. ХХ в. продала лицензию на технологии атомизации компании ALD Vacuum Technologies (Германия). Сама же Sandwik Osprey, имея оборудование собственной конструкции и «ноу-хау», превратилась в одного их лидеров мирового рынка по производству металлических порошков.
В Европе атомайзеры в качестве товарной продукции производят компании – ALD (Голландия), PSI (Phoenix Scientific Industries Ltd.) и Atomising Systems Ltd. (Великобритания).
Мировой лидер в производстве оборудования для газовой атомизации – компания ALD – в настоящее время входит в группу AMG Advanced Metallurgical Group N.V. В производственной линейке компании – атомайзеры как лабораторного (объем тигля 1,0-2,0 л), так и индустриального назначения с производительностью до 500 кг за одну плавку и более. Лабораторные атомайзеры ALD VIGA 1-B, VIGA 2 (рис. 165, 166) предназначены для получения порошков стали и спецсплавов в основном в исследовательских целях.
Атомайзеры Hermiga 75/3 и Hermiga 75/5 компании PSI предназначены для получения порошков спецсталей и титановых сплавов. Машины отличаются объемом тигля (3 и 5 кг по стали соответственно) и позволяют получать металл в слитках или в виде порошка сферической формы.
Рис. 165. Плавильная камера атомайзера VIGA 2
Рис. 166. Плавильная камера атомайзера EIGA 50. Предоставлено ALD
Атомайзер Hermiga 100/10 VI – лабораторно-исследовательская машина с донным сливом и с аргоновым распылителем для получения порошков спецсталей, титановых сплавов, редкоземельных металлов, пирофорных сплавов, а также заготовок методом spray forming. Машина может также выполнять функцию «поставщика» расходных (строительных) материалов для аддитивных машин, для выращивания изделий (в частности, литейных форм) из металлических порошков. Модель имеет съемный тигель емкостью 10 кг по стали. Дисперсность порошка варьируется от 10 до 100 мкм. Габаритные размеры атомайзера – 5050×5950х5070 мм. Машины PSI имеют в качестве специальной опции возможность атомизации титановых сплавов. Реализация данной опции требует установки дополнительного оборудования, которое существенно увеличивает габариты и стоимость системы.
В линейке оборудования фирмы PSI имеются модели с донным сливом (Hermiga 100/25VI) и модели с поворотным тиглем (Hermiga 100/50V21, Hermiga 120/100 V21, Hermiga 100/200 V21). Эти машины, имеющие емкость тигля по стали соответственно 25, 50, 100 и 200 кг, предназначаются для мало- и среднесерийного производства металлических заготовок и порошков.
Компания Atomising Systems Ltd специализируется на выпуске оборудования для атомизации металлических и неметаллических материалов различными технологиями. В линейке оборудования имеются как лабораторные атомайзеры, позволяющие получать в день 1-5 кг порошка, так и индустриальные установки производительностью более 5 т в день.
Компания Raymor Industries Inc. (Канада) – одна из немногих компаний использует технологию плазменной атомизации сплавов Ti, Co-Cr, а также Mo и Nb, предлагая при этом порошки очень высокого качества в широком диапазоне фракционного состава. Порошки имеют следующую градацию по фракциям: 0-25, 0-45, 45-106, 45-150, 0-250 мкм.
Из числа относительно крупных европейских производителей металлопорошковых композиций, в частности и для AM-машин, можно привести :
TLS Technik GmbH & Co. Spezialpulver KG (Германия): титан и титановые сплавы (включая Titanium Grade 1 ASTM, Titanium Grade 2 ASTM, Titanium Grade 5 ASTM (Ti 6Al 4V), цирконий, алюминий и алюминиевые сплавы, магний, никель и никелевые сплавы, стали, ванадий, редкоземельные металлы, медь, золото и платина.
Wiretec Handels — und Beratungsgesellschaft mbH (Германия) – производство мелкодисперсных кобальтовых порошков d50=2-10 мкм.
Одна из ведущих компаний-производителей порошков широкого спектра Sandwik Osprey выделила отдельную технологическую «нитку» для производства порошков специально для нужд аддитивных технологий.
Возникают фирмы-сателлиты, адаптирующие «серийные», массовые порошки для аддитивных технологий.
Критически важный фактор для внедрения аддитивного производства – аттестация АП-оборудования, которая также является обязательным предварительным условием для сертификации конструкционных узлов. В настоящий момент отмечается неустойчивость характеристик от детали к детали и от установки к установке.
Процесс аттестации технологии для того или иного материала может быть различным, однако некоторые обязательные элементы являются общими :