Сила порошка
Взгляд на аддитивное производство
Сьюзи Хенаган
С самого начала бронзового века производители находились в поиске передовых технологий, которые позволили бы значительно сократить расходы, время производства и ресурсы.
Лучше, быстрее, дешевле.
Традиционные методы, хотя и являются проверенными и верными, были дорогостоящими и сложными. С появлением 3D-печати аддитивное производство стало определять будущее нашего мира - в буквальном смысле!
Но что такое аддитивное производство? И как оно может помочь вам?
Присоединяйтесь к нам, чтобы изучить многочисленные аспекты аддитивного производства:
Аддитивное производство, более известное как 3D-печать, - это процесс создания физического объекта на основе цифрового дизайна. Автоматизированное проектирование (или программное обеспечение CAD) позволяет нарисовать схему изделия и задокументировать весь процесс проектирования. CAD облегчает процесс производства, передавая подробные схемы материалов, процессов, допусков и размеров изделия с определенными условными обозначениями для конкретного продукта.
3D-проект затем "нарезается" в цифровом формате на тонкие слои, так как изделие будет формироваться слой за слоем, а затем загружается в машину для аддитивного производства.
Производство начинается с нанесения тонкого слоя порошка, который равномерно распределяется по платформе. Затем источник тепла, например лазер или электронный луч, расплавляет первый слой. Затем платформа опускается, равномерно распределяется еще один слой порошка, и процесс повторяется по нанесенному рисунку. Каждый последующий слой скрепляется с предыдущим слоем расплавленного или частично расплавленного материала.
Излишки порошка удаляются и используются в другом процессе (таким образом, уменьшается количество отходов), после чего появляется вновь созданный объект.
Аддитивное производство позволяет создавать детали, которые легче, прочнее и долговечнее традиционных, при этом сокращая время сборки. Это также позволило создать уникальную микроструктуру и механическое поведение, которые были недостижимы при традиционном производстве. Кроме того, аддитивное производство добавляет точные характеристики и сложные геометрические формы, которые, казалось бы, недоступны при традиционном производстве. Путь от проектного файла до действующей конструкции революционизирует производство.
Преимущества аддитивного производства (AM) многогранны, как и конструкции, которые оно может создавать. От снижения затрат до адаптации дизайна - мы привели некоторые из удивительных преимуществ, которые оно дает:
Ключевым преимуществом является возможность получения сложных геометрических форм и мелких органических элементов, которые было крайне сложно или невозможно изготовить с помощью традиционных производственных подходов. Например, компания GE Aviation столкнулась с проблемой производства наконечников топливных форсунок. Внутренняя геометрия была слишком сложной и состояла из 20 отдельных деталей, изготовленных традиционными методами, которые затем сваривались и паялись вместе. Перейдя на аддитивное производство, GE смогла изготовить наконечник топливного сопла как цельную деталь за меньшее время и без отходов, образующихся при сборке отдельных деталей.
Преимущества выходили далеко за рамки того, что форсунка стала единым целым: более простая конструкция весила на 25 % меньше, чем оригинальная, но при этом была в пять раз прочнее. Кроме того, она на 20 % улучшила сгорание топлива и на 10 % увеличила мощность. В авиации сложность конструкции означала дополнительные расходы, но теперь аддитивное производство снижает стоимость, повышает эффективность и предоставляет свободу проектирования, которую конструкторы никогда не могли испытать раньше.
Форсунка топливного наконечника GE создана с помощью аддитивного производства
При традиционном производстве множество деталей проектируется отдельно, изготавливается, затем передается для сборки в виде множества длительных трудоемких процессов, которые занимают от нескольких недель до нескольких месяцев. Рационализированный процесс аддитивного производства позволяет ускорить процесс, тем самым сокращая ранее непреодолимые сроки выполнения заказа.
Теоретически продукт может быть разработан, напечатан и протестирован в один и тот же день, что устраняет несколько этапов в привычном длительном процессе разработки продукта. Скорость помогает дизайнерам напечатать несколько прототипов, что позволяет быстро проверить их, прежде чем приступать к полномасштабному производству. Кроме того, за одну партию печати можно одновременно создать несколько изделий по сравнению с традиционным производственным подходом "один в один".
Традиционное производство - это субтрактивный метод, при котором отрезание деталей до получения конечного продукта приводит к образованию значительного количества отходов. Хотя их можно переработать, это требует дополнительных трудозатрат и отнимает много времени, поскольку приходится выполнять множество процессов, чтобы вернуть металлу рабочую форму. Аддитивное производство называется так потому, что оно добавляет материал в деталь, а не вырезает его. При аддитивном производстве все излишки металлического порошка собираются в контейнеры для повторного использования в следующем производственном цикле, поэтому отходов практически не остается.
Кроме того, химические и токсичные испарения, которые образуются при традиционном производстве, при 3D-печати практически отсутствуют. Хотя машины AM имеют высокое энергопотребление, оно все же не так велико, как при традиционном литье под давлением. Аддитивное производство также способствует снижению углеродного следа, особенно в аэрокосмическом секторе.
Помните, мы говорили о топливной форсунке, которая уменьшила свой вес на 25 %? Чем больше легких материалов используется при строительстве самолетов, тем меньше выбросов углекислого газа в атмосферу. Каждые 5,5 фунта веса самолета равны 1 тонне выбросов углекислого газа в год.
Именно такие маленькие изменения в долгосрочной перспективе будут иметь большое значение!
Хотя традиционное производство является важной основой промышленности, легко понять, почему аддитивное производство создает эффективное и действенное будущее.
