Введение в аддитивные технологии. Т. 1. Обзор основных технологий 3D-печати
Покупка
Новинка
Тематика:
Общетехнические дисциплины
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 352
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-907560-37-6
Артикул: 831414.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Учебник посвящен быстро развивающимся технологиям аддитивного производства и 3D-печати. Кратко рассмотрены возникновение и история развития аддитивных технологий, а также их значение для технологического развития современного общества. С помощью технологии аддитивного производства автоматически производятся компоненты из различных материалов, таких как пластмассы, металлы и сплавы, биоматериалы и керамика. Вот уже несколько десятилетий методы 3D-печати используются в дизайне, строительстве и на транспорте, а также в аэрокосмической, производственной и медицинской отраслях. В учебнике помимо описания основных технологий 3D-печати рассмотрены характеристики используемых при 3D-печати материалов, общие особенности напечатанных моделей и методы их постобработки.
Будет полезен промышленным экспертам, предпринимателям, профессорам и студентам университетов, исследователям.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 02.03.02: Фундаментальная информатика и информационные технологии
- 09.03.02: Информационные системы и технологии
- 29.03.01: Технология изделий легкой промышленности
- 38.03.02: Менеджмент
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Москва 2023 МИ НИ С Т ЕРС Т ВО НА УКИ И ВЫС ШЕГО ОБРА З ОВА НИ Я РФ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ МИСИС ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОМПЬЮТЕРНЫХ НАУК Кафедра автоматизированного проектирования и дизайна М.В. Канищев Л.М. Ульев ВВЕДЕНИЕ В АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Том 1 ОБЗОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 3D-ПЕЧАТИ Учебник Рекомендовано редакционно-издательским советом университета № 4674
УДК 004.9 К19 Р е ц е н з е н т д-р экон. наук, доц., заслуженный работник Санкт-Петербургского горного университета Е.И. Рейшахрит; д-р техн. наук, проф., профессор кафедры АСУ Университета МИСИС В.В. Куприянов Канищев, Максим Викторович. К19 Введение в аддитивные технологии. Т. 1. Обзор ос- новных технологий 3D-печати : учебник / М.В. Кани- щев, Л.М. Ульев. – Москва : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 2023. – 352 с. ISBN978-5-907560-37-6 Учебник посвящен быстро развивающимся технологиям адди- тивного производства и 3D-печати. Кратко рассмотрены возникновение и история развития аддитивных технологий, а также их значение для технологического развития современного общества. С помощью технологии аддитивного производства автоматически производятся компоненты из различных материалов, таких как пластмассы, металлы и сплавы, биоматериалы и керамика. Вот уже несколько десятилетий методы 3D-печати используются в дизайне, строительстве и на транспорте, а также в аэрокосмической, производственной и медицинской отраслях. В учебнике помимо описания основных технологий 3D-печати рассмотрены характеристики используемых при 3D-печати материалов, общие особенности напечатанных моделей и методы их постобработки. Будет полезен промышленным экспертам, предпринимателям, профессорам и студентам университетов, исследователям. УДК 004.9 Канищев М.В., Ульев Л.М., 2023 ISBN978-5-907560-37-6 НИТУ МИСИС, 2023
Содержание Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Основные сокращения и обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Введение и аналитический обзор: Индустрия 4.0 и аддитивное производство . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 В.1. Выгоды и риски Индустрии 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 В.2. Технические аспекты Индустрии 4.0 и облачного производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 В.2.1. Критерии прогресса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 В.2.2. Концепции Индустрии 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 В.3. Облачное производство. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 В.3.1. Определение, концепция и технологии облачного производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 В.3.2. Текущее состояние исследований новой парадигмы облачного производства . . . . . . . . . . . 38 В.4. Сравнительный анализ облачного производства и Индустрии 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 В.5. Роль аддитивного производства в эпоху нового технологического уклада – Индустрии 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 В.5.1. Организация «умных фабрик» . . . . . . . . . . . . . . . 45 В.5.2. Материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 В.5.3. Процессы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 В.5.4. Проектирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 В.5.5. Недостатки и будущее аддитивного производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 ГЛАВА 1. Этапы становления аддитивного производства . . . .63 1.1. История появления аддитивных технологий . . . . . . . 63 1.2. История становления 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 1.2.1. Зарождение идеи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.2.2. Доступность 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 1.3. 3D-печать сегодня . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 1.3.1. Дальнейшее развитие 3D-печати . . . . . . . . . . . . . 74
Содержание 1.4. Будущее. 4D-печать: новые материалы, меняющие характеристики и форму . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 1.4.1. Память формы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 ГЛАВА 2. Знакомство с технологией 3D-печати . . . . . . . . . . 86 2.1. Классификация технологий, применяемых в производстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.2.1. Формовочные методы (литьевое прессование, отливка, штамповка, выковка) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.1.2. Субтрактивные методы (станки с ЧПУ, обтачивание, сверление) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 2.1.3. Аддитивное производство (3D-печать) . . . . . . . . . 89 2.1.4. Сравнение по стоимости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 2.2. Процесс 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2.2.1. Создание 3D-файла . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 2.2.2. Создание STL-файла и операции над ним . . . . . . . 93 2.2.3. Печать . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.2.4. Удаление напечатанного . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.2.5. Постобработка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 ГЛАВА 3. Введение в методы 3D-печати и их классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.1. Классификация технологий 3D-печати . . . . . . . . . . . . 99 3.2. Материалы, применяемые в 3D-печати . . . . . . . . . . . 105 3.2.1. Полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 3.2.2. Металл . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.3. Другие материалы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 ГЛАВА 4. Экструзионные методы 3D-печати . . . . . . . . . . . 109 4.1. Экструзия материала – FFF (FDM) . . . . . . . . . . . . . . 109 4.1.1. Технологии экструзии филамента. 3D-печать методом послойного наплавления (FFF/FDM) . . . . . . . 110 4.1.2. Конструкция и характеристики принтеров для FDM 3D-печати. Параметры этих принтеров . . . . . 110
Содержание 4.2. Аддитивное производство с помощью шнековой экструзии гранулированного материала . . . . . . . . . . . . . 146 4.2.1. Некоторые ограничения, присущие 3D-печати с помощью экструзии филамента . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 4.2.2. Устройство полимерного экструдера . . . . . . . . . 147 4.2.3. Качественный анализ работы полимерного экструдера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4.2.4. Современное состояние 3D-печати методом экструзии из гранул . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 ГЛАВА 5. Особенности FFF/FDM печати . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.1. Искривление слоев при FFF/FDM печати . . . . . . . . . 161 5.2. Межслойная адгезия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.3. Поддержки для печатаемых деталей на FFF/FDM-принтерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 5.4. Растворимые поддержки при FFF-печати . . . . . . . . . 165 5.5. Заполнение области печати в FFF/FDM-технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 5.6. Точность FFF-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 5.7. Материалы для FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.8. Свойства филаментов, применяемых для FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 5.9. Свойства наиболее популярных пластмассовых филаментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.9. Полимерные материалы с наполнителем ля экструзии материалов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 5.10. Постобработка деталей после FFF-печати . . . . . . . . 175 5.11. Преимущества и ограничения FFF/FDM-печати . . . .178 5.12. Промышленная и настольная FFF-печать . . . . . . . . 178 5.13. Типичные области применения FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 5.14. Новые разработки в технологии FFF/FDM-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Содержание 5.15. Металлическая FFF/FDM-печать – Metal X от Markforged и Desktop Metal DM Studio . . . . . . . . . . . . 186 5.16. Интеграция электронных схем – Voxel8 DK . . . . . . 188 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 ГЛАВА 6. Полимеризация в резервуаре (ванночке) – SLA/DLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.1. Технологии полимеризации в резервуаре . . . . . . . . . 191 6.1.1. Стереолитография (SLA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 6.1.2. Цифровая светодиодная проекция (DLP) . . . . . . 194 6.1.3. SLA против DLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 6.2. Характеристики SLA/DLP-принтеров . . . . . . . . . . . 196 6.2.1. Параметры принтера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 6.2.2. Печать в направлениях снизу вверх и сверху вниз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 6.2.2.1. Печать снизу вверх . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 6.3. Структуры поддержки при SLA-печати . . . . . . . . . . 204 6.4. Точность размеров при SLA/DLP печати. . . . . . . . . . 204 6.5. Материалы, использующиеся для SLA/DLP-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 6.6. Постобработка моделей, изготовленных на SLA/DLP принтерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 6.7. Преимущества и ограничения SLA/DLP-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.8. Промышленная и настольная печать полимеризацией в резервуаре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.9. Распространенные области применения SLA/DLP-технологии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 6.10. Новые разработки в SLA/DLP-технологиях . . . . . . 213 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 ГЛАВА 7. Технология плавки порошков (полимеры) – SLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 7.1. Технологии плавки порошков, изготовленных из полимеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Содержание 7.2. Характеристики SLS-принтеров . . . . . . . . . . . . . . . . 219 7.2.1. Параметры SLS-принтера . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 7.2.2. Наполнение лотков в SLS-принтерах . . . . . . . . . 220 7.2.3. Адгезия слоев при SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . 221 7.3. Точность размеров при SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . 222 7.4. Материалы, применяемые при SLS-печати . . . . . . . . 223 7.5. Постобработка изделий, полученных при SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 7.6. Преимущества и ограничения при SLS-печати . . . . . 227 7.7. Наиболее распространенные области применения SLS-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 7.7.1. Изготовление функциональных деталей . . . . . . 228 7.7.2. Особенности мелкосерийного производства изделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 7.7.3. Печать сложных каналов (с полым профилем) . . . .229 7.8. Перспективы новых разработок в SLS-технологиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 7.9. Печать с помощью мультиструйной плавки – НР . . . .230 7.10. Настольные SLS-принтеры Shareboot SnowWhite, Sintarec, Sinterit и Formlabs Fuse 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 ГЛАВА 8. Краткое описание технологии струйной 3D-печати (DOD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 8.1. Технологии струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . 235 8.2. Метод печати – подача по требованию . . . . . . . . . . . . 237 8.3. Параметры принтеров, применяемых при струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 8.4. Поддержки при струйной печати . . . . . . . . . . . . . . . . 239 8.5. Матовая и глянцевая струйная печать . . . . . . . . . . . 240 8.6. Соблюдение точности размеров при струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 8.7. Основные материалы, используемые при струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
Содержание 8.8. Особенности постобработки в струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 8.9. Основные преимущества и ограничения струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 8.10. Наиболее распространенные области применения струйной 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 8.11. Новые разработки для технологии струйной печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 ГЛАВА 9. Технология струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 9.1. Технологии струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 9.1.1. Струйная печать связующим веществом с песком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 9.1.2. Полноцветные модели при струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 9.1.3. Печать песчаных стержней и форм для отливки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 9.1.4. Струйная печать связующим веществом с металлом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 9.2. Характеристики принтеров для струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 9.2.1. Основные параметры принтера для струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 9.2.2. Прочность изделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 9.2.3. Заполнение лотка для порошка . . . . . . . . . . . . . 257 9.3. Точность размеров при струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 9.4. Наиболее распространенные материалы, использующиеся при струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 9.5. Постобработка после струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Содержание 9.6. Основные преимущества и недостатки струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 9.7. Наиболее распространенные области применения струйной печати связующим веществом . . . . . . . . . . . . . 261 9.7.1. Полноцветные модели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 9.7.2. Струйная печать связующим веществом песчаных форм для литья . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 9.7.3. Функциональные металлические изделия . . . . . 263 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 ГЛАВА 10. 3D-печать металлических изделий . . . . . . . . . . 265 10.1. Технологии плавки металлических порошков . . . . 265 10.1.1. Аддитивное производство и дизайн металлических прототипов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 10.1.2. Влияние технологических параметров на аддитивное производство и маршрутизация производства металлических компонентов . . . . . . . . . 267 10.1.3. Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и выборочная лазерная плавка (SLM) . . . . . . . . . . . . . . 271 10.1.4. Электронно-лучевая плавка (ЕВМ) . . . . . . . . . . 274 10.2. Характеристики принтера для плавки металлических порошков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 10.2.1. Параметры принтера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 10.2.2. Поддержки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 10.2.3. Управление качеством поверхности изделий при печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 10.3. Соблюдение точности размеров в DMLS/SLM-технологиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 10.4. Материалы для 3D-печати плавкой металлических порошков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 10.5. Особенности постобработки изделий после DMLS/SLM-технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 10.6. Основные преимущества и недостатки DMLS/SLM-технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 10.6.1. Общие особенности методов DMLS/SLM 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
Содержание 10.6.2. Плавка металлических порошков или струйная печать связующим веществом . . . . . . . . 283 10.7. Распространенные области применения технологий DMLS/SLM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 10.7.1. Стоматологическое применение . . . . . . . . . . . . 284 10.7.2. Медицинское применение . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 10.7.3. Аэрокосмическая и автомобильная области применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 10.8. Электродуговое наращивание . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 10.8.1. DED-технология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 10.8.2. WAAM-принтер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 ГЛАВА 11. Основные правила для правильного выбора технологии 3D-печати . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
ПРЕДИСЛОВИЕ В настоящее время человечество вступает в период нового технологического уклада, который получил название Индустрия 4.0. Основной чертой Индустрии 4.0 является создание и интеграция интеллектуальных производственных систем и информационных технологий, которые проникают во все структуры производства и могут обеспечить эффективное решение проблем, с которыми сталкивается промышленность. Аддитивное производство считается важным компонентом этого нового механизма. Настоящий учебник представляет собой введение в техно- логии 3D-печати, которая является основной частью и базисом аддитивных технологий. Во введении основное внимание уделяется описанию осо- бенностей Индустрии 4.0. Приводится ее определение и рассмотрены основные присущие ей факторы – широкое применение киберфизических систем, Интернета вещей, Интернета услуг, Интернета людей и облачных вычислений, коротко рассмотрена концепция облачного производства. Показана важность аддитивного производства при переходе на новый технологический уклад – Индустрию 4.0. Также выполнен аналитический обзор последних научных и технических достижений в этом направлении. В первой главе рассматривается история появления и становления аддитивных технологий, а также развитие 3D-печати от ранних систем быстрого прототипирования до современных технологий, 3D-принтеров и используемых материалов для 3D-печати. Также кратко рассмотрены возможные направления развития 3D-печати. Во второй главе приведена классификация технологий, применяемых для изготовления материальных ценностей. Кратко рассмотрены этапы 3D-печати от создания начального CAD-файла или образа 3D-сканирования, его обработки, создание слайсер-модели и непосредственно 3D-печать прототипа детали, а также ее постобработка.
Предисловие В третьей главе приводится классификация технологий 3D-печати и материалов, которые применяются при 3D-печати. Рассмотрены также свойства этих материалов. Четвертая глава посвящена технологии послойного на- плавления полимерной нити (филамента) – fuse filament fab- rication (FFF) или fuse deposition modelling (FDM). Кратко рассмотрены принципы FDM-печати и представлены основные характеристики FDM-принтеров. Рассмотрены основные элементы FDM-принтеров, такие как экструдер, фидер, печатающая головка, камера плавления, нагревательный блок и сопло. Также анализируется устройство платформы и различных кинематических систем, рассмотрены различные конструкции FFF/FDM-принтеров. Это самая большая глава по объему из-за того, что экструзионные методы 3D-печати получили наибольшее распространение в мире. В пятой главе рассмотрены особенности FFF/FDM-печати и дана характеристика наиболее популярных материалов, из которых производятся филаменты. Шестая глава посвящена обзору технологии 3D-печати с по- мощью фотополимеризации полимера в ванночке, которая известна под названием стереолитография (SLA). Рассмотрены различные варианты 3D-печати с помощью стереолитографии и различные устройства 3D-принтеров для стереолитографии. Технология плавки полимерных порошков рассматрива- ется в седьмой главе. Приведены особенности конструкции принтеров для спекания порошков и характеристики применяемых материалов для 3D-печати с помощью плавления полимерных порошков и особенности постобработки при стере- олитографии. Кратко дана характеристика мультиструйной плавки. В восьмой главе рассмотрен процесс струйной 3D-печати и его особенности. Также представлены конструкция и характеристики 3D-принтера для струйной печати. Приведен список материалов, который может быть использован при струйной 3D-печати, и разобраны особенности постобработки моделей, получаемых при струйной 3D-печати.
Предисловие В девятой главе рассматривается струйная печать связую- щим веществом. Обсуждается технология струйной 3D-печати связующим веществом, ее особенности, такие как прочность получаемых изделий и их применимость. Также рассматриваются устройство принтеров, которые используются в этой технологии, и материалы для этой печати. Десятая глава посвящена рассмотрению технологий 3D-печати металлических изделий. Рассматриваются технологии прямого лазерного спекания, выборочная лазерная плавка материала, металлическая струйная печать связующим веществом, технология одновременной подачи металлического порошка и энергии в оплавляемую область и технология электродугового наращивания металлической проволоки. Показаны принципиальные конструкции некоторых принтеров для 3D-печати металлом. Представлены различные металлические изделия, полученные с помощью рассмотренных технологий. В одиннадцатой главе приведена сводная таблица особен- ностей различных технологий 3D-печати, с помощью которой можно выбрать подходящую для стоящей задачи технологию 3D-печати. Авторы благодарят организацию ООО «АТ 2050» за предо- ставленные материалы и возможность написать данную книгу. Авторы также благодарят Национальный центр промышленного дизайна и инноваций 2050.ЛАБ за предоставленную возможность ознакомиться с работой 3D-принтеров, печатающих металлические детали. Отдельную благодарность авторы выражают сотрудникам ООО «2050» М.А. Васильеву, А.И. Сотневу, и К. Силантьеву, а также сотруднику 2050.ЛАБ М. Чащину.
ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ АМП – аддитивное металличе- ское производство. АП – аддитивное производство. ВЧиМ – взаимодействие челове- ка и машины. ВВП – внутренний валовый про- дукт. ИВ – Интернет вещей. ИКТ – информационно-компью- терные технологии. ИПл – Интернет платформ. ИПс – Интернет пользователей. ИУ – Интернет услуг. ИУст – Интернет устройств. КФПС – киберфизическая про- мышленная система. КФС – киберфизическая си- стема. МСП – малые и средние пред- приятия. НИОКР – научно-исследова- тельские и опытно-конструкторские разработки. ПВА – поливинилацетатный клей. ПдАП – проектирование для аддитивного производства. ПО – программное обеспечение. ППФ – полимеры с памятью формы. САПР – система автоматическо- го проектирования. СП – субтрактивное произ- водство. СПФ – сплавы с памятью фор- мы. СУП – система управления про- изводством. ТО – топологическая оптими- зация. УФ – ультрафиолет. ФСИ – фонд содействия иннова- циям. ЧПУ – числовое программное управление. ABA – cополимер акрилонитри- ла, бутадиена и акрилата. ABS – cополимер акрилони- трила, бутадиена и стирола (АБС-сополимер). ADAM – atomic diffusion additive manufacturing (атомно-диффузионное аддитивное производство). AF – additive fabrication (адди- тивное производство). ALM – additive layer manufacturing (технология аддитивного слоя). AM – additive manufacturing (аддитивное производство). ASTM – American Society for Testing and Materials (Американское общество тестирования и материалов).
основные сокращения и обозначения Big Data – аналитика больших данных. BJ – binder jetting (струйная печать связующим материалом). CAM – computer aided manufactu ring (автоматическое производство). CDLP – continuous direct light processing (непрерывная прямая световая проекция). CFF – continuous filament fabrication (непрерывное плавление нити). CLIP – continuous liquid interface production (непрерывная проекционная печать с жидким интерфейсом). DED – direct energy deposition (прямой подвод энергии). DLP – digital light processing (световая светодиодная проекция). DMD – digital micromirror device (система микро- зеркал). DMLS – direct metal laser sintering (прямое лазерное спекание). DOD – drop on demand (подача по требованию). DTM – desk top manufacturing (настольное производство). EBM – electron beam melting (электронно-лучевая плавка). EBSD – electron back scatter diffraction (электронная дифракция обратного рассеяния). FDM – fused deposition modelling (моделирование методом послойного наплав- ления). FFF – fused filament fabrication (производство методом плавления нити). FGF – fused granula fabrication (производство расплавленными гранулами). FLM – fused layer modelling (моделирование расплавленного слоя). FPM – fused pellet modelling (моделирование расплавом гранул). GSM – graded structural material (градиентный структурированный материал). HAZ – heat affected zone (зона термического влияния). HDMR – hybrid deposition and subsequent micro-rolling (гибридное напыление и последующая микропрокатка). HIPS – ударопрочный поли- стирол. IN100 – суперсплав на никеле- вой основе.
Основные сокращения и обозначения LAAM – laser assisted additive manufacturing (аддитивное производство с помощью лазера). LAM – laser additive manufactu- ring (лазерное аддитивное производство). LAMZ – laser additive manufactured zone (зона аддитивного лазерного производства). LBMD – laser based metal deposition (выборочное лазерное нанесение мате риала). LENS – laser engineering net sharping (технология сетевого лазерного плавления). LS – laser sinterinu (лазерное спекание). MJ – material jetting (струйная 3D-печать). MJF – mulyi jet fusion (мульти- струйная плавка). NPJ – nanoparticle jetting (струйная печать металлическими наночастицами). PA – полиамид. PA 12 – полиамид 12. PA 6 – полиамид 6. PAM – polymer additive manufac turing (полимерное аддитивное производство). PC – поликарбонат. PE – полиэтилен. PEEK – полиэфирэфиркетон. PEI – полиэфиримид. PETG – полиэтилентерефталат- гликоль. PLA – полилактид, полимолоч- ная кислота, биоразлагаемый термопластичный алифатический полиэфир, мономером которого является молочная кислота. PMMA – полиметилметакри- лат, сополимеры метилме- такрилата. PP – полипропилен. PPE – полифениленэфир, тер- мопластичный материал с низкой плотностью. PS – полистирол, полистироль- ные пластики. PVA – поливинилацетат. PVC – поливинилхлорид. RepRap – replication rapid prototype (быстрое изготовление прототипов). SLA – stereolithography (то же, что и STL, стереолитогра- фия, фотополимеризация жидкого полимера с использованием ультрафиолетового лазера, светодиодов). SLM – selective laser melting (выборочная лазерная плавка). SLS – selective laser sintering (селективное лазерное спекание).
основные сокращения и обозначения SPJ – single pass jetting (плавка металлического порошка с распылением связующего). STL – stereolithography (то же, что и SLA, стереолитогра- фия, фотополимеризация жидкого полимера с использованием ультрафиолетового лазера, светодиодов). TC11 – титановый сплав. TPU – термопластичный поли- уретан. UAM – ultrasonic additive manufacturing (ультразвуковое аддитивное изготовление). WAAM – wire and additive manufacturing (аддитивное производство с помощью электродуговой наплавки). WAX – полимерный воск. WSZ – wrought substrate zone (зона деформируемой подложки).
ВВЕДЕНИЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР: ИНДУСТРИЯ 4.0 И АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО В.1. Выгоды и риски Индустрии 4.0 В течение последних 200 лет технологии играли домини- рующую роль в повышении производительности труда, что отразилось в трех промышленных революциях, т.е. механизации ( механизмы приводятся в действие паровыми двигателями в XIX веке), затем в массовом производстве (механизмы приводятся в действие электричеством, был введен в действие сборочный конвейер в начале XX века) и автоматизации (применение компьютеров в конце XX века) [1]. Одной из главных составляющих особенностей совре- менного цивилизационного развития человечества является переход всего мирового мегасообщества на новый технологический уклад – Индустрию 4.0. Переход на новый уровень осуществляется в условиях глобализации, усиления тенденций десуверенизации государственных образований, актуализации проблем всех типов идентичности (от уровня индивидов до национально-государственной идентичности) и на основе так называемых сингулярных технологий, связанных с воздействием на человеческое сознание. Соответственно почти все государства мира, которые хотят быть субъектами, а не объектами мировой геополитики, сталкиваются со всеобъемлющими задачами модернизации в области экономики, политики, общественного сознания (прежде всего в переходных государствах, в которых все виды инициатив исходят в основном от правящих элит). В целом под модернизацией понимаются сложные процессы перехода устоявшихся общественных образований и традиционных обществ к современным обществам. Сверхзадачи модернизации требуют новых научно-практи- ческих разработок, которые включали бы анализ феноменов внешнего и внутреннего информационно-технологического,
Доступ онлайн
В корзину