28.02.2017

Аддитивные технологии: история и современные реалии

Немного истории

Миром правит мода, и ничто не возникает на пустом месте: у всего в науке, инженерии и технологиях есть свои предшественники. С середины 80-х годов на Западе начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов путем постепенного, как правило, послойного, «выращивания» модели.

У этих технологий существуют разные названия, например, Fast Free Form Fabrication или Solid Freeform Fabrication, но в России больше всего прижился термин Rapid Prototyping  (PR) – быстрое прототипирование (или просто прототипирование). Отечественные IT-специалисты и специалисты в области CAM иногда пользуются и менее благозвучным словосочетанием – CARP – Computer Aided Rapid Prototyping.

Классической и наиболее точной аддитивной технологией является SLA-технология (от англ. Stereolithography Apparatus), или стереолитография.

В начале 80-х годов американец Чарльз Халл (Charles W. Hull), работая в компании Ultra Violet Products, занимался разработкой и реализацией концепции трехмерной печати.  В 1986 году он получил патент на стереолитографию и основал компанию 3D Systems.

Устройство, которое изобрел Халл, «выращивало» смоделированный на компьютере 3D-объект из жидкой фотополимеризующейся композиции (ФПК), нанося её слой за слоем на подвижную платформу, погружаемую в ванну с ФПК. Толщина каждого отдельного слоя составляла примерно 0,1–0,2 мм.

Чарльз Халл является также изобретателем формата STL, который используется всеми ведущими коммерческими CAD-пакетами при экспорте моделей для быстрого прототипирования.

Приблизительно в то же время Скотт Крамп (Scott Crump) из Stratasys разработал первый в мире FDМ-аппарат (FDM — Fused Deposition Modeling – послойная заливка экструдируемым расплавом или «печать расплавленным материалом»).

Первоначально обе технологии предназначались для получения моделей и макетов проектируемых изделий. В настоящее же время с помощью 3D-принтеров можно получать уже конечные готовые продукты.

3D-принтеры

Сам термин “3D printer”  (3D-принтер) появился лишь в 1993 году благодаря двум профессорам из Массачусетского технологического института (MIT),  Michael Cima (Майкл Кима) и Emanuel Sachs (Эмануэль Закс). Кстати, этот тот самый  Майкл Кима, который  в 2013 году совершил настоящую революцию в медицине, создав дистанционно управляемый имплантируемый микрочип для дозированного и точечного введения лекарственных препаратов.

Современные профессиональные 3D-принтеры способны использовать более сотни различных материалов для трехмерной печати объектов. Кроме того, уже появились устройства, которые умеют «работать» одновременно с несколькими материалами.

В начале 2012 году компания 3D Systems выпустила на рынок первый компактный потребительский принтер 3D Cube, который совершил очередной эволюционный рывок в 3D-индустрии.

Строго говоря, существует множество технологий, которые лежат в основе «цифрового» производства и которые можно назвать аддитивными: SLS – Selective Laser Sintering  – селектированное лазерное спекание порошков; BPM – Ballistic Particle Manufacturing – распыление термопластов; LOM – Laminated Object Modeling – моделирование при помощи склейки и мн. др.

Из этого списка меньше всех повезло технологии LOM. Она появилась на свет раньше стереолитографии, но, к сожалению, не получила широкого распространения. В настоящее время она используется в основном при создании трехмерных моделей архитектурных сооружений и ландшафта.

Отдельным интересным направлением в аддитивных технологиях является использовании при «выращивании» трехмерных моделей различных металлопорошковых композиций на основе николя и кобальта, алюминия и титана. Из металлических порошков «выращивают» заготовки пресс-форм и оригинальные детали сложной конфигурации, которые невозможно получить литьем или механообработкой.

Сегодня серийному и экспериментальному производству зачастую становится экономически выгодным «напечатать» небольшую партию деталей на 3D-принтере, чем изготавливать литейную или штамповую оснастку. Кроме того, технологии 3D-печати позволяют значительно сократить технологическую цепочку, на ранней стадии выявить все ошибки проекта и получить полноценный прототип изделия для проведения испытаний и исследовательских работ (НИОКР).

На данный момент рынок трехмерной печати находится в стадии активного развития, а аналитики отрасли сходятся во мнении, что аддитивные технологии станут главным фактором развития любого высокотехнологического производства в ближайшее десятилетие и со временем трансформируются в полноценную и конкурентоспособную отрасль, как это в свое время произошло с нанотехнологической отраслью.

Россия пока еще не находится в авангарде 3D-индустрии. Но определенное движение в этом направлении заметно. Недавно сибирские ученые выступили с идей создания комплексной научной программы развития аддитивных технологий и Центра по развитию 3D-индустрии. «Мы стоим на пороге новой промышленной революции, – заявил директор Конструкторско-технологического института научного приборостроения  Юрий Чугуй. – Речь идёт о том, что возникает новая отрасль с ростом рынка 27 % в год».

Немного о будущем

Что касается западных ученых, то они уже грезят новыми революционными проектами, связанными с разработкой концепции производства, полностью завязанного на 3D-печать. У этой концепции даже есть свое название – Fab Lab (сокр. от  англ. fabrication laboratory – «производственная лаборатория»).  Этот проект подразумевает создание небольшой и недорогой микрофабрики, которая будет выпускать широкую номенклатуру товаров с применением различных материалов.

Я же вполне допускаю, что скоро к названию этой «фабрики» добавится приставка «SR» – Self Replicating – «самовоспроизводящаяся» фабрика.

 

С уважением, Директор АО «СимуЛабс»,

Хитрых Денис Петрович

 

© SimuLabs4D, 2017. Перепечатка данного материала, а равно отдельных его частей запрещена.

 
 
Контактная информация

111672, г. Москва,
ул. Суздальская, д. 46,
офис 203

Тел. : +7 (495) 646-56-77