3D принтер: принцип работы и возможности
Всего каких-то десять лет назад 3D принтеры были огромными, дорогостоящими машинами, зарезервированными для крупных фабрик и корпораций. Все они оставались укрыты за пределами узкого круга специалистов, которые конструировали и использовали их. Но, в основном, благодаря движению RepRap (Replicating Rapid-prototyper — самореплицирующий механизм для быстрого прототипирования) с открытым исходным кодом, эти удивительные устройства стали жизнеспособными и доступными продуктами для использования дизайнерами, инженерами, любителями. Успели обзавестись 3D принтерами и многие учебные заведения, что подтверждает перспективность этого направления.
Все модели 3D-принтеров значительно отличаются друг от друга. Они бывают разных стилей и могут быть оптимизированы для определенной аудитории или вида печати.
На данный момент существует множество 3D принтеров и отличия их бывают в качестве печати (разрешение принтера), скорости печати, объёме рабочего пространства, возможности использования разных материалов, цветовой гамме и даже возможности печатать одновременно несколько объектов.
3D принтеры — это крайне перспективная разработка в сфере медицины. На данный момент, благодаря обьемной печати, специалисты могут за короткие сроки создать качественный имплант кости, протез, сложный медицинский инструмент и т. п. Уже сейчас медики пытаются воссоздать функционирующий орган, но пока что это просто экспериментальные разработки.
Поговорим о принципе работы чудо принтера. Как же данной машине удается перенести цифровую трехмерную модель в пространство?
Рабочая часть 3D принтера состоит из платформы (рабочее пространство) и печатающей головки «экструдер» (extrude – выдавить). Экструдер послойно создает объект путем выдавливания термопластика (или другого материала) в виде филамента (нить).
Экструдер делится на две основные части: верхняя – блок, подающий филамент, и нижняя – сопло с нагревателем.
В блоке стоит ролик и шестерня, соединенная с электромоторчиком. Эти элементы тянут нить, и выводят ее вниз к соплу, где материал выходит на рабочую поверхность в плавленом виде. У сопла экструдера устанавливают термодатчик. Эта деталь принтера позволяет следить за температурами экструдера, так как исходные или пользовательские настройки могут сбиться. Как всем известно, у каждого материала свои температуры плавления, и при использовании любого из них необходимо установить подходящую температуру. Нагревательный элемент представляет из себя спираль из нихромовой проволоки и пару резисторов. Верхняя часть экструдера сильно нагревается в процессе печати, что недопустимо, так как материал преждевременно расплавляется. Для предотвращения этой неприятности между холодной и горячей частью экструдера устанавливают теплоизоляционную прокладку. Помимо этого, на блок с механизмом подачи нити устанавливают кулер и радиатор.
Кроме вышеописанного экструдера, существует боуден-экструдер, в котором горячая и холодная часть расположены отдельно.
Филамент в таком типе экструдера подается от блока подачи на корпусе принтера в сопло через трубку.
Некоторые новые модели 3D принтера имеют по два и три экструдера, что позволяет работать с несколькими цветами и параллельно печатать несколько моделей. Также существует экспериментальная модель экструдера с несколькими механизмами подачи нити и одним соплом.
Термопринтеры – это не единственные аппараты, которые способны печатать 3D модели. Крайне популярен на данный момент 3D принтер с холодным экструдером в виде шприца. Такой принтер позволяет работать с бетонными смесями, глиной, силиконом, пластилином и т.д. Именно такой вид принтеров используется в строительстве.
На сегодняшний день уже существуют дома, возведенные с помощью крупного строительного принтера. Он имеет высоту в 6 метров и длину пролета около 150 метров. На данный момент принтер может распечатать пол и стены здания, а вот окна, перекрытие и крыша монтируются обычные. При изготовлении стен жилого дома принтер возводит несколько десятков слоев и машину выключают, укладывают арматуру по периметру всех стен, и принтер продолжает работу над домом.
Для создания чего-либо на принтере Вам необходимо отсканировать или создать свою 3D модель. Для создания модели используют множество различных программ, ориентированных на объёмное моделирование. Одной из самых популярных программ являются 3DMax, 3DTin и самый простой и интересный — Thinkecard, разработанный для детишек. Программа имеет множество готовых файлов, и даже возможность экспортировать модель в игру MineCraft.
После создания модели необходимо сверить параметры принтера и создаваемого объекта. Можно масштабировать объект или разрезать его на детали, которые без труда поместятся на рабочем пространстве принтера.
Найти программное обеспечение на 3D принтер не составит труда, так как их огромное количество. Во-первых, почти все производители предоставляют фирменное ПО к своему продукту. Во-вторых, тема 3D принтеров достаточно популярна и интересна, в связи с чем постепенно появляется новое программное обеспечение с множеством дополнительных плагинов.
То, о чем некогда писали в своих книгах фантасты XX века, уже сегодня, благодаря разработке Чака Халла в 1986 году, стало не просто реальным, а и вполне доступным девайсом.
Благодарим за внимание!
Поделиться в соцсетях
Как выбрать 3D-принтер для поставленных задач
Домашние 3D-принтеры | Профессиональные 3D-принтеры | Промышленные аддитивные установки | Как правильно выбрать и купить 3D-принтер
Исходя из их функциональных возможностей и областей применения 3D-принтеры можно разделить на три основные группы:
- домашние,
- профессиональные,
- производственные (промышленные).
Более детально аддитивное оборудование классифицируется по технологиям и принципу действия, а также по используемым расходным материалам. Подробнее о технологиях и материалах 3D-печати читайте в публикациях нашего блога.
Домашние 3D-принтеры – несложные бюджетные устройства, печатающие пластиковой нитью (чаще всего это термопластики ABS или PLA).
Принцип их работы основан на технологии FDM (Fused Deposition Modeling) – методе послойного наплавления материала на столе построения 3D-принтера, в результате чего получается готовое изделие.
Благодаря низкой стоимости оборудования и материалов, FDM сегодня – самая распространенная технология 3D-печати, с помощью которой в бытовых условиях изготавливают такие изделия, как игрушки, сувениры, украшения. Однако эта технология также используется в профессиональных и промышленных установках для решения сложных задач прототипирования и производства функциональных деталей.
Потребительские 3D-принтеры не подходят для использования на предприятиях, поскольку:
- производители не дают гарантий на качество работы;
- требуется постоянная настройка и калибровка оборудования;
- мощности 3D-принтеров хватает только для печати единичных малогабаритных изделий.
Профессиональные 3D-принтеры – аддитивные установки более высокого класса, предназначенные для специализированного использования на предприятиях.
Они особенно полезны на производствах, когда необходимо изготовить мелкосерийную продукцию или единичные изделия сложной геометрии и высокого качества. Профессиональные машины более автономны по сравнению с домашними, но нуждаются в определенном контроле оператора-специалиста.
В каталоге iQB Technologies вы найдете широкий ассортимент высокопроизводительных установок этого класса от итальянской компании Sharebot. Доступна печать пластиками, фотополимерами и металлами (технологии FDM, SLS, LCD и DMLS).
К самым сложным и габаритным аддитивным установкам относятся промышленные 3D-принтеры, созданные для использования на крупных производствах. Эти машины не только требуют больших первоначальных вложений, но и должны удовлетворять особым условиям безопасности (в частности, работать в отдельных помещениях, оснащенных системами обеспечения). Производственные принтеры имеют неоспоримые преимущества для внедрения в производственный цикл предприятий – высокую производительность, точность печати и стабильность работы.
Наша компания предлагает промышленное 3D-оборудование от ведущего производителя установок 3D-печати металлами SLM Solutions, крупноформатные FDM-машины Discovery 3D Printer и стереолитографические 3D-принтеры компании ProtoFab.
Профессиональные 3D-принтеры: работоспособность и надежность
Изделия из пластика, созданные с помощью профессиональных 3D-принтеров Sharebot
Если предприятие поставило задачи модернизировать традиционные технологии, сократить расходы или увеличить количество поставок продукции, профессиональный 3D-принтер стоит рассматривать как идеальное решение для достижения этих целей. Установки профессионального класса гораздо дешевле промышленных, при этом сфера их применения исключительно широка. В качестве материалов в этих устройствах используются пластики, в том числе фотополимерные смолы, воск, гипс и пр.
Профессиональный 3D-принтер сокращает время изготовления изделия: например, деталь до 3 см любой возможной геометрии в среднем можно напечатать за пару часов. При этом количество отходов после постобработки минимально.
Благодаря разнообразию и уникальным свойствам материалов профессиональные принтеры решают широкий спектр задач в авиационной, автомобильной, ювелирной промышленности, в медицине, науке, дизайне, архитектуре и проектировании. Эти машины позволяют значительно сэкономить время и расходы при создании прототипов, моделей для литья по выплавляемым и выжигаемым моделям, макетов, оснастки, конечных изделий.
В машиностроении, например, 3D-принтеры используются для проверки функциональности прототипа, его совместимости с оригинальной конструкцией. Помимо этого, они применяются в создании архитектурных макетов с подробной детализацией и конечных продуктов для потребителей: запчасти, пластиковая тара, ювелирные изделия и прочее.
Мы запустили sharebot.ru: всё о новаторских 3D-решениях для оптимизации вашего бизнеса. Каталог 3D-принтеров на базе самых востребованных аддитивных технологий, задачи и сферы применения, спецпредложения, истории успеха, видео и другие полезные материалы!
Производственные 3D-принтеры: печать в промышленных масштабах
Стереолитографические 3D-принтеры ProtoFab зарекомендовали себя как надежное и экономичное решение для прототипирования и создания выжигаемых моделей
Производственные 3D-принтеры, они же промышленные или индустриальные, – самый высокий класс систем для аддитивного производства. Преимущественно это оборудование для крупных производств, которое используются в машиностроении, авиакосмической, оборонной, металлургической промышленности и других отраслях, где требуются прототипы и конечные детали, в том числе крупногабаритные, выполненные с высокой точностью и эталонным качеством.
Основные технологии промышленной 3D-печати:
- FDM – метод послойного наплавления с использованием пластиковой нити или гранул, самая популярная и доступная аддитивная технология.
- SLA – лазерная стереолитография, основанная на послойном отверждении жидкого фотополимера под действием лазера;
- SLS – селективное лазерное спекание под лучами лазера частиц порошкообразного материала (полистирол, полиамид, нейлон и др. пластики, керамика, стекло, композитные материалы, песчаные составы).
- SLM – селективное лазерное плавление металлических порошков при помощи иттербиевого лазера.
Закажите бесплатную тестовую печать из пластика, фотополимера, воска или гипса!
Промышленные 3D-принтеры в полной мере реализуют возможности технологии 3D-печати металлами. Используя металлические порошки, можно изготавливать прототипы моделей, а также конечный продукт – готовые детали для сборки или части металлических изделий, в том числе объекты сложнейшей формы и фактуры, которые нельзя получить традиционными методами.
3D-принтеры этой категории полностью автоматизированы, поэтому не требуют для работы штата специалистов. Помимо этого, они автономны. За установкой не нужно следить во время работы – вы запускаете процесс печати и ждете, когда деталь будет выращена. 3D-принтеры готовы к работе 24 часа 7 дней в неделю – их не нужно постоянно настраивать.
Аддитивные установки SLM Solutions позволяют создавать цельнометаллические изделия сложнейших форм и конфигураций
Ограничивающие факторы, связанные с использованием промышленных 3D-принтеров, – высокая цена оборудования и материалов, особые условия эксплуатации, а также трудности при адаптации к существующим технологическим циклам. Несмотря на стоимость, промышленные 3D-принтеры в конечном счете окупают расходы в разы, сокращая циклы технологического процесса и, соответственно, время производства.
По мнению экспертов, в ближайшее десятилетие все крупные промышленные предприятия модернизируют свои производства аддитивными установками, так как уже сейчас их выгоды очевидны.
Эксперты iQB Technologies рекомендуют статью: 5 причин для перехода к 3D-печати металлических изделий
Выбирая 3D-принтер, нужно понимать, что:
- нет универсальной аддитивной технологии, которая бы оптимально решала любые производственные задачи;
- у каждой из технологий 3D-печати (и у каждого типа принтеров) есть свои преимущества и недостатки;
- чтобы правильно выбрать и купить 3D-принтер, следует исходить из задач, которые четко определены вашим предприятием.
Сделать грамотный выбор вам помогут высококвалифицированные специалисты компании iQB Technologies. Мы разработаем и внедрим уникальные 3D-решения для вашего промышленного предприятия, исследовательского центра, а также проектов малого и среднего бизнеса. Звоните нам +7 (495) 269-62-22 или отправьте онлайн-заявку на бесплатную консультацию.
Статья опубликована 09.
04.2018 , обновлена 07.10.2021
Как работают 3D принтеры по металлу. Обзор SLM и DMLS технологий. Аддитивное производство. 3D печать металлом.
3D печать металлами. Аддитивные технологии.
SLM или DMLS: в чем разница?
Всем привет, Друзья! С Вами 3DTool!
Каталог 3D принтеров по металлу BLT
Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS) — это два процесса аддитивного производства, которые принадлежат к семейству 3D-печати, с использованием метода порошкового наслоения. Две этих технологии имеют много общего: обе используют лазер для выборочного плавления (или расплавления) частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая модель слой за слоем. Кроме того, материалы, используемые в обоих процессах, являются металлами в гранулированной форме.
Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц: SLM использует металлические порошки с одной температурой плавления и полностью плавит частицы, тогда как в DMLS порошок состоит из материалов с переменными точками плавления.
В частности:
SLM производит детали из одного металла, в то время как DMLS производит детали из металлических сплавов.
И SLM, и DMLS технологии используются в промышленности для создания конечных инженерных продуктов. В этой статье мы будем использовать термин «металлическая 3D печать» для обобщения 2-х технологий. Так же опишем основные механизмы процесса изготовления, которые необходимы инженерам для понимания преимуществ и недостатков этих технологий.
Существуют и другие технологические процессы для производства плотных металлических деталей, такие как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM). Их доступность и распространение довольно ограничены, поэтому они не будут представлены в данной статье.
Как происходит 3D печать металлом SLM или DMLS. Как работает 3D печать металлом? Основной процесс изготовления для SLM и DMLS очень похожи.
1. Камера, в которой происходит печать, сначала заполняется инертным газом (например, аргоном), чтобы минимизировать окисление металлического порошка. Затем она нагревается до оптимальной рабочей температуры.
2. Слой порошка распределяется по платформе, мощный лазер делает проходы по заданной траектории в программе, сплавляя металлические частицы вместе и создавая следующий слой.
3. Когда процесс спекания завершен, платформа перемещается вниз на 1 слой. Далее наносится еще один тонкий слой металлического порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока печать всей модели не будет завершена.
Когда процесс печати завершен, металлический порошок уже имеет прочные связи в структуре.
В отличие от процесса SLS, детали прикрепляются к платформе через опорные конструкции. Опора в 3D-печати металлом, создаётся из того же материала, что базовая деталь. Это условие необходимо для уменьшения деформаций, которые могут возникнуть из-за высоких температур обработки.
Когда камера 3D принтера охлаждается до комнатной температуры, излишки порошка удаляются вручную, например щеткой. Затем детали как правило подвергаются термообработке, пока они еще прикреплены к платформе. Делается это для снятия любых остаточных напряжений. Далее с ними можно проводить дальнейшую обработку. Снятие детали с платформы происходит по средством спиливания.
В SLM и DMLS почти все параметры процесса устанавливаются производителем. Высота слоя, используемого в 3D-печати металлами, варьируется от 20 до 50 микрон и зависит от свойств металлического порошка (текучести, гранулометрического состава, формы и т. д.).
Базовый размер области печати на металлических 3D принтерах составляет 200 x 150 x 150 мм, но бывают и более большие размеры рабочего поля.
Точность печати составляет от 50 — 100 микрон. По состоянию на 2020 год, стоимость 3D принтеров по металлу начинается от 150 000 долларов США. Например наша компания предлагает 3D принтеры по металлу от BLT. 3D принтеры по металлу, могут использоваться для мелкосерийного производства, но возможности таких систем в 3D-печати, больше напоминают возможности серийного производства на машинах FDM или SLA.
Металлический порошок в SLM и DMLS пригоден для вторичной переработки: обычно расходуется менее 5%. После каждого отпечатка неиспользованный порошок собирают и просеивают, а затем доливают свежим материалом до уровня, необходимого для следующего изготовления.
Отходы в металлической печати, представляют из себя поддержки (опорные конструкции, без которых не удастся добиться успешного результата). При слишком большом обилии поддержек на изготавливаемых деталях, соответственно будет расти и стоимость всего производства.
Адгезия между слоями.
3D печать металлом на 3D принтерах BLT
Металлические детали SLM и DMLS обладают практически изотропными механическими и термическими свойствами.
Они твердые и имеют очень небольшую внутреннюю пористость (менее 0,2 % в состоянии после 3D печати и практически отсутствуют после обработки). Металлические печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто являются более гибкими, чем детали, изготовленные традиционным способом. Тем не менее, такой металл быстрее становится «уставшим». Структура поддержки 3D модели и ориентация детали на рабочей платформе.
Опорные конструкции всегда требуются при печати металлом, из-за очень высокой температуры обработки. Они обычно строятся с использованием решетчатого узора.
Поддержки в металлической 3D печати выполняют 3 функции:
• Они делают основание для создания первого слоя детали.
• Они закрепляют деталь на платформе и предотвращают её деформацию.
• Они действуют как теплоотвод, отводя тепло от модели.
Детали часто ориентированы под углом. Однако это увеличит и объем необходимых поддержек, время печати, и в конечном итоге общие затраты.
Деформация также может быть сведена к минимуму с помощью шаблонов лазерного спекания. Эта стратегия предотвращает накопление остаточных напряжений в любом конкретном направлении и добавляет характерную текстуру поверхности детали.
Поскольку стоимость металлической печати очень большая, для прогнозирования поведения детали во время обработки часто используются программные симуляторы. Это алгоритмы оптимизации топологии в прочем используются не только для увеличения механических характеристик и создания облегченных частей, но и для того, чтобы свести к минимуму потребности в поддержках и вероятности искривления детали.
Полые секции и легкие конструкции.
Пример печати на 3D принтере BLT
В отличие от процессов плавления с полимерным порошком, таких как SLS, большие полые секции обычно не используются в металлической печати, так как поддержки будет очень сложно удалить, если вообще возможно.
Для внутренних каналов больше, чем Ø 8 мм, рекомендуется использовать алмазные или каплевидные поперечные сечения вместо круглых, так как они не требуют построения поддержек. Более подробные рекомендации по проектированию SLM и DMLS можно найти в других статьях посвященных данной тематике.
В качестве альтернативы полым секциям, детали могут быть выполнены с оболочкой и сердечниками, которые в свою очередь обрабатываются с использованием различной мощности лазера и скорости его проходов, что приводит к различным свойствам материала. Использование оболочки и сердечников очень полезно при изготовлении деталей с большим сплошным сечением, поскольку это значительно сокращает время печати и уменьшает вероятность деформации.
Использование решетчатой структуры является распространенной стратегией в 3D-печати металлом, для уменьшения веса детали. Алгоритмы оптимизации топологии также могут помочь в разработке органичных легких форм.
Расходные материалы для 3D печати металлом.
Технологии SLM и DMLS могут производить детали из широкого спектра металлов и металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт, хром и инконель. Эти материалы обеспечивают потребности большинства промышленных применений, от аэрокосмической отрасли до медицинской. Драгоценные металлы, такие как золото, платина, палладий и серебро, также могут быть обработаны, но их применение носит незначительный характер и в основном ограничивается изготовлением ювелирных изделий.
Стоимость металлического порошка очень высока. Например, килограмм порошка из нержавеющей стали 316 стоит примерно 350-450 долларов. По этой причине минимизация объема детали и необходимость поддержек является ключом к поддержанию оптимальной стоимости производства.
Основным преимуществом металлической 3D-печати является ее совместимость с высокопрочными материалами, такими как никелевые или кобальт-хромовые супер сплавы, которые очень трудно обрабатывать традиционными методами.
За счет использования металлической 3D-печати для создания детали практически чистой формы — можно достичь значительной экономии средств и времени. В последствии такая деталь может быть подвергнута обработке до очень высокого качества поверхности.
Постобработка металла.
Различные методы пост. обработки используются для улучшения механических свойств, точности и внешнего вида металлических печатных изделий.
Обязательные этапы последующей обработки включают удаление рассыпного порошка и опорных конструкций, в то время как термическая обработка (термический отжиг) обычно используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств детали.
Обработка на станках ЧПУ может быть использована для критически важных элементов (таких как отверстия или резьбы). Пескоструйная обработка, металлизация, полировка и микрообработка могут улучшить качество поверхности и усталостную прочность металлической печатной детали.
Преимущества и недостатки металлической 3D печати.
Плюсы:
1. 3D печать с использованием металла, может быть использована для изготовления сложных деталей на заказ, с геометрией, которую традиционные методы производства не смогут обеспечить.
2. Металлические 3D печатные детали могут быть оптимизированы, чтобы увеличить их производительность при минимальном весе.
3. Металлические 3D-печатные детали имеют отличные физические свойства, 3D принтеры по металлу могут печатать большим перечнем металлов и сплавов. Включают в себя трудно обрабатываемые материалы и металлические суперсплавы.
Минусы:
1. Затраты на изготовление, связанные с металлической 3D-печатью, высоки. Стоимость расходного материала от 500$ за 1 кг.
2. Размер рабочей области в 3D принтерах по металлу ограничен.
• 3D печать металлом наиболее подходит для сложных, штучных деталей, которые сложно или очень дорого изготовить традиционными методами, например на станке ЧПУ.
• Уменьшение потребностей в построении поддержек, значительно снизит стоимость печати при помощи металла.
• Металлические 3D-печатные детали имеют отличные механические свойства и могут быть изготовлены из широкого спектра инженерных материалов, включая суперсплавы.
А на этом у нас Все! Надеемся, статья была для Вас полезна.
Каталог 3D принтеров по металлу BLT
Приобрести 3d-принтеры по металлу, а так же любые другие 3d-принтеры и ЧПУ станки, вы можете у нас, связавшись с нами:
• По электронной почте: [email protected]
• По телефону: 8(800)775-86-69
• Или на нашем сайте: http://3dtool.ru
Так же, не забывайте подписываться на наш YouTube канал:
Подписывайтесь на наши группы в соц.сетях:
ВКонтакте
Две трети из ста ведущих промышленных компаний уже используют 3D-печать
Многие любители 3D-печати могут отметить, что за последний год технологии в этой области значительно ушли вперед.
Новые компании и технологические инновации появляются почти каждый день, и многие промышленные гиганты также экспериментируют с технологиями 3D-печати.
Хотя это можно назвать лишь предположениями, исследования международного гиганта PricewaterhouseCoopers (PwC) подтверждают, что все действительно так. Новое исследование PwC показало, что две трети из ста ведущих промышленных компаний сегодня используют технологии 3D-печати или более простые технологии быстрого создания опытных образцов в том или ином виде.
Да, «две трети» звучит, пожалуй, даже более впечатляюще, чем самые оптимистичные прогнозы энтузиастов, но большинство компаний просто экспериментируют с возможностями 3D-печати. Они скорее пытаются понять, как можно использовать эти технологии для оптимизации производственных процессов, таким образом, о полномасштабном применении 3D-печати речь пока не идет.
Как мы видим, «всего лишь» 24,6 % компаний, попавших в выборку исследования PwC, используют эту технологию на этапе создания опытных образцов, в то время как доля промышленных компаний, использующих 3D-печать для прототипирования и производства, составляет еще более скромные 9,6 %.
На рисунке ниже показано, что в 33.3% случаев технология 3D-печати не используется вообще.
В отчете PwC отмечено, что по мере роста производительности и удобства работы с 3D-принтерами, а также при наличии возможности ведения одновременной печати несколькими материалами для производства активных компонентов и систем, эта технология найдет применение не только в сфере производства опытных образцов.
Эксперты PwC предсказывают технологии 3D-печати блестящее будущее, тем не менее, путь к нему будет тернист. Объем мирового рынка 3D-печати уже составляет 2,5 млрд долларов и к 2018 году может вырасти до 16,2 млрд долларов , при этом совокупные темпы годового роста могут составить впечатляющие 45,7 %.
Таблица 1: Примеры использования 3D-печати в различных отраслях промышленности
Отрасль |
Примеры использования 3D-печати в ближайшем будущем |
|
Автомобильная промышленность |
|
|
Аэрокосмическая промышленность |
|
|
Фармацевтическая промышленность / медицина |
|
|
Розничные продажи |
|
|
Спорт |
|
|
Обзор областей применения 3D-печати на производстве
В то время как эксперты PwC уверяют, что 3D-печать может скоро стать рентабельной технологией для производства высококачественной продукции в промышленных объемах, отмечается, что некоторые недостатки этой технологии еще нужно преодолеть, перед тем как она действительно станет реальностью.
Из сообщения SwC:«Перед индустрией 3D-печати стоит несколько задач. Возможность быстрой подготовки опытных образцов продукции по-прежнему останется важным преимуществом, однако в одиночку этот фактор не способен переломить ситуацию таким образом, чтобы 3D-печать стала массовым явлением. Внимание производителей может привлечь возможность печати более функциональных или готовых образцов продукции в объемах, значительно превышающих объемы производства прототипов. […] Кроме того, 3D-печать должна дополнить возможности по выпуску компонентов, изготавливаемых вручную, а со временем стать доминирующим методом производства, что позволит создавать компоненты, изготовление которых иными способами невозможно».
Эксперты PwC указывают на возможности усовершенствования, которые необходимо будет реализовать, для того чтобы 3D-печать стала действительно массовой технологией производства. Наиболее важными аспектами являются соотношение цена/качество продукции 3D-принтеров, а также увеличение скорости печати, гибкости работы и разнообразие используемых материалов.
Развивающийся рынок 3D-принтеров занимает особую нишу, в которой сочетаются большие возможности и относительно низкая цена.
Особое внимание в отчете уделяется вопросу необходимости создания 3D-принтеров «среднего класса», обладающих большинством качеств промышленных принтеров при доступной цене. К счастью, несколько подобных образцов уже существуют. Например, принтеры компаний FSL3D и Formlabs отличаются более высоким разрешением печати и обеспечивают выпуск деталей малого размера, используя технологию стереолитографии, при этом их цена составляет несколько тысяч долларов. Настольные принтеры компании MarkForged могут распечатывать предметы из углепластика всего за 5000 долларов. Принтер CubeJet компании 3D Systems стоит 5000 долларов, предоставляет возможность цветной печати, сочетая в себе качества профессионального оборудования и относительно низкую цену.
Развитие доступной 3D-печати может стать ключевым фактором для перехода 3D-печати в сферу массовых технологий.
«Есть немалые основания ожидать, что темпы развития 3D-печати увеличатся в ближайшие несколько лет, несмотря на то, что степень и характер этих изменений будут существенно отличаться в зависимости от различных технологий и производителей».
Однако многочисленные усовершенствования в других сферах 3D-печати также могут ускорить развитие технологии в целом. В первую очередь принтеры должны стать значительно быстрее и не требовать очистки экструзионной головки при работе. И такое развитие является не просто теоретической возможностью. Эндрю Богиер (Andrew Boggier), главный инженер компании FSL3D, считает, что «есть множество способов увеличить скорость печати, используя высококачественные компоненты, а также оптимизируя конструкцию и движение лазеров». К примеру, в принтере Form 1+ используются лазеры, мощность которых в четыре раза выше, что позволяет печатать на 50 % быстрее по сравнению с предыдущим поколением принтеров Form 1.
Наконец, чтобы сделать 3D-принтер обязательным инструментом производственного процесса, данная технология должна обеспечивать возможность печати как компонентов устройств, так и готовой продукции.
Во-первых, для этого принтер должен работать с несколькими материалами одновременно: «Большинство принтеров работают только с каким-то одним материалом: пластмассой, металлом, керамикой, деревом или органическими материалами. Чтобы создавать более полезную продукцию и расширить рынок, 3D-принтеры должны обрабатывать несколько типов материалов за один цикл печати».
В свою очередь это приведет к необходимости решения задачи по установке в изделия таких компонентов, как датчики, электроника и устройства питания, таким образом все изделие будет изготавливаться за один цикл печати. К счастью, «в настоящий момент специалисты по исследованию и разработке прилагают немалые усилия в различных сферах, включая материалы, способы печати и сочетание инновационных и традиционных методов производства».
Этого также можно добиться за счет разработки чернил для 3D-принтера, на основании которых можно создавать все электронные компоненты.
В качестве примера в отчете указывается исследование Дженнифер А. Льюис (Jennifer A. Lewis) (отделение инженерных и прикладных наук факультета искусств и наук Гарвардского университета) о блоках литий-ионных аккумуляторов, которые можно печатать с помощью специальных чернил.
Интересный отчет PwC предсказывает технологиям 3D-печати блестящее будущее. Если преодолеть все указанные препятствия – бесспорно. Множество инноваций и революционных областей применения в повседневной жизни не могут не убедить в том, что это будущее стремительно приближается.
Опубликовано: 3D Printing Technology
Проверка размера 3D-принтера — 2020
Можно выбрать 3D-принтер из списка, чтобы определить, поместится ли в него модель. Можно пометить 3D-принтер как избранный, чтобы он стал доступен для выбора в окне PropertyManager Print3D.
При добавлении принтера в список избранного отображается следующая информация, доступная только для чтения:
| Параметр | Описание |
|---|---|
| Компания | Производитель принтера. |
| Модель | Номер модели принтера. |
| Формат талера 3D-принтера | Высота, Длина и Ширина принтера. |
| Технология | Тип принтера. Например, FDM, SLS или SLA. |
| URL-адрес источника | Список 3D-принтеров из отчета Wohlers 2019 предоставленного компанией Wohlers Associates, Inc. |
Чтобы проверить размер 3D-принтера, выполните следующие действия.
- Откройте деталь или сборку и выберите .
- На вкладке «Настройки» в окне PropertyManager Печать 3D нажмите Имя 3D-принтера и нажмите Выбрать принтер.
В диалоговом окне 3D-принтеры отображается список папок, отсортированный в алфавитном порядке по названию компании.
- Разверните папку, чтобы посмотреть список 3D-принтеров, и выберите принтер.
- Нажмите Добавить в избранное.
Принтер будет добавлен в папку Избранное в верхней части списка папок.
- Закройте диалоговое окно.
- В окне PropertyManager в разделе Имя 3D-принтера выберите принтер.
- Для параметра Нижняя плоскость модели в графической области выберите плоскую грань или справочную плоскость.
Принтер отображается в виде прозрачной рамки вокруг модели. Секции модели, которые не помещаются в область принтера, выделяются красным цветом.
Почему массовая 3D-печать до сих пор не стала трендом
Производство товаров с индивидуальными характеристиками — один из трендов потребительского рынка. Однако персонификация до сих пор не стала популярным явлением. Перспективна ли эта идея для развития бизнеса?
Когда остро встала проблема нехватки средств индивидуальной защиты (СИЗ) у врачей, владельцы 3D-принтеров объединились в волонтерское движение #3Dврачам.
Они стали печатать переходники, которые позволили соединить маски для подводного плавания с вирусно-бактериальными фильтрами. Производители смогли быстро разработать и выпустить переходники различных конфигураций для популярных типов масок, которые встречаются в магазинах, быстро закрыли горящие потребности и спасли множество жизней — а затем начали делать полноценные защитные маски и щитки.
Переходники для масок — пример кастомизированного изделия (выполненного под индивидуальный заказ. — РБК Тренды), то есть, адаптированного под разные виды масок. То, как быстро производители смогли спроектировать и выпустить новый продукт с уникальными характеристиками, демонстрирует главные преимущества трехмерной печати.
3D-печать позволяет создавать изделия с учетом предпочтений или личных характеристик покупателя — персонифицированные товары. Эта идея возникла в начале 2000-х годов, но до сих пор, вопреки прогнозам и быстрому развитию аддитивных технологий, не стала массовым явлением.
Проблемы персонификации
Корпорации Nike и Adidas с 2012 года экспериментируют с 3D-печатью при производстве кроссовок. Цель — создавать спортивную обувь в присутствии покупателя по индивидуальным характеристикам его стопы. Например, в Adidas в 2015 году заявляли, что потребитель сможет прийти в магазин, провести пару минут на беговой дорожке и тут же получить напечатанную пару беговых кроссовок, которые учитывают контуры стопы и точки давления при беге. В это же время Nike заявляла о возможности печатать обувь прямо на дому у клиента. Для этого всего лишь нужно загрузить файл с параметрами кроссовок и характеристиками стопы с сайта корпорации в домашний 3D-принтер.
Однако к 2020 году эти возможности так и остались нереализованными. На практике все оказалось сложнее.
Дело в дороговизне таких изделий: потребитель не готов платить за кастомизированные кроссовки в разы дороже, когда можно выбрать подходящую модель из тысяч более доступных вариантов.
Не приживается кастомизация и у автопроизводителей. Например, концерн BMW в 2017 году запустил сервис MINI Yours Customised, который позволял кастомизировать новый или ранее приобретенный автомобиль MINI с помощью декоративных элементов, напечатанных на 3D-принтере. Например, можно было заказать индивидуальные боковые вставки на кузов, детали отделки салона, светодиодные накладки на дверные пороги и светодиодные проекторы дверей. Однако сейчас сервис недоступен.
Где прижилась персонификация
Пока 3D-печать наиболее активно используется в медицине, где жизненно необходимо учитывать индивидуальные особенности человека. В первую очередь, технология полезна в ортопедии и стоматологии для изготовления протезов и имплантатов. Кастомизация особенно востребована при производстве протезов конечностей. С помощью 3D-сканирования определяются параметры пациента, создается цифровая модель протеза, которая печатается на 3D-принтере.
При этом можно создать уникальный дизайн искусственной конечности. Например, выпускают детские протезы, стилизованные под любимых киногероев.
Еще одна сфера, где трехмерная печать используется для кастомизации товаров, — это производство ювелирных изделий и бижутерии. Есть предприятия, которые выпускают массовые изделия с помощью трехмерной печати, например, американские марки LACE, Nervous System и другие. Кастомизацией занимаются, в первую очередь, небольшие студии и мастерские, предлагающие эксклюзивные украшения. Они печатают созданные по эскизам заказчика цифровые модели или отливают их из драгоценных материалов по напечатанным на 3D-принтере формам.
Экономика инноваций Живая рука: кто в России создает бионические протезы»Перспективы персонифицированного производства зависят от конкретного рынка, — считает Денис Власов, основатель компании «3DSLA — Российские 3D принтеры».
— Почему 3D-технологии прижились у стоматологов и ювелиров? Это бизнесы, которые работают с уникальным клиентом. Кроме этого, стоматологические клиники или ювелирные мастерские имеют территориальную привязку, обслуживают определенный район. Поэтому могут варьировать цену, не особо рискуя, что все клиенты сбегут в соседний район».
Что касается большинства товаров, то здесь в 99% случаев работает цена. Особенно когда растет доля интернет-продаж. Набираешь в Google «купить авторучку дешевле всех» — и независимо от того, где ты находишься, покупаешь эту авторучку дешевле. Здесь побеждает массовое производство.
Можно придумать множество товаров, которые могли бы быть кастомизированными. Но нужно ясно представлять кому вы их будете продавать. Найдется ли достаточное количество человек, готовых переплатить за кастомизацию, чтобы ваш бизнес мог существовать? «В своих расчетах нужно учитывать реальный покупательский спрос, а не желание заработать на хайпе, — говорит Власов.
— Вывод прост: персонифицированное производство возможно тогда, когда оно будет давать примерно такую же цену, как и массовое».
Денис Алексеев, руководитель отдела разработок и производства АО «РОББО» (образовательная робототехника, резидент «Сколково»), уверен, что персонифицированное производство станет популярным трендом будущего. Но для того, чтобы привлечь массового потребителя в этот сегмент, необходимо преодолеть ряд технических и организационных моментов. Для конечного пользователя процесс заказа кастомизированного изделия должен быть максимально простым: с помощью нескольких действий заказать то, что он хочет, при этом быстро и удобным способом получить готовый товар. Стоимость индивидуальной продукции может быть больше, но это увеличение должно быть ценно для клиента.
Основные недостатки трехмерной печати:
-
низкая скорость производства;
-
часто невысокое качество продукции;
-
большая себестоимость изделия при попытке массового выпуска.
«По мере развития 3D-печати и увеличения парка 3D-принтеров возможности аддитивных производств будут расти, — говорит Алексеев. — Вероятно, в будущем распределенная сеть 3D-принтеров сможет составить конкуренцию традиционному массовому производству, локализованному на одном предприятии. В любом случае при этом должны быть решены вопросы качества и стоимости изделий, произведенных на 3D-принтерах».
Как удешевить кастомизированное изделие?
Стоимость готового изделия в первую очередь зависит от материалов для 3D-печати. Один из способов сократить издержки — производить расходные материалы самостоятельно.
»Если бы я создавал производство персонифицированной продукции, я решал бы вопрос создания расходных материалов на месте потребления, — объясняет Денис Власов. — То есть если бы я планировал выпускать обувь с кастомной подошвой, то я бы начал выпускать для нее полимеры. Если контролировать стоимость расходных материалов, можно получать очень хорошую цену продажи готового товара».
Другой вариант снизить издержки на расходные материалы возможен с развитием аддитивных технологий и разработки новых материалов для печати.
«В России производят достаточно материалов для 3D-печати приемлемого качества. Сами производить материалы мы точно не будем, потому что это отдельный бизнес, который требует других компетенций, — говорит Артур Герасимов, генеральный директор компании «Инновакс» (резидент «Сколково»). — Но что могло бы снизить стоимость 3D-производства в принципе, так это появление технологии печати непосредственно сырьем. Сейчас для печати используются материалы в виде порошка или нитей. Если исключить промежуточный этап переработки сырья и создать оборудование, которое будет работать на исходном материале — гранулах, без дополнительного этапа его переработки в порошок или нити, это удешевит стоимость материалов в 5-10 раз. Такие разработки сейчас ведутся».
Главный вопрос: кто это купит?
Развивать производство персонифицированных товаров смогут предприниматели, которые найдут ответ на вопрос: а кто их купит? Нащупать спрос могут бизнесы, уже работающие на определенном рынке и чувствующие потребности своей аудитории.
Угадать практически невозможно — нужно быть уверенным в спросе.
«Сейчас мы единственные в России производим сразу и расходные материалы для печати, и 3D-принтеры, и софт, а также аппаратную платформу, — говорит Денис Власов. — Мы могли бы при такой модели создавать хорошие условия для производства кастомизированных изделий. Но мы не можем разорваться на тысячи применений наших технологий. Нам неинтересно самим строить маленькие бизнесы. Мы создаем систему — корень и ствол дерева. А ветки и листочки, маленькие рынки и бизнесы, должны растить те, кто хорошо понимает их потребности и правила игры. И мы готовы к такому сотрудничеству».
Артур Герасимов отмечает, что мелкосерийное производство перспективно для развития бизнеса с применением аддитивных технологий. Одно из направлений работы его компании «Инновакс» — выпуск деталей и механизмов по заказу промышленных предприятий из автопрома, приборостроения, авиакосмической отрасли.
«Стремление к индивидуальности, осознанное потребление — глобальные веяния, они окажут влияние и на потребительский спрос, — считает Жамиля Каменева, директор по развитию бизнеса ООО «Инновационный центр Ай-Теко».
— Несмотря на сложную экономическую ситуацию, производство персонифицированных товаров остается перспективной нишей для стартапов и хорошей идеей запуска новых направлений бизнеса на уже существующих производствах. Это подтверждается интересом к аддитивным технологиям со стороны участников программы «Промтех», направленной на поддержку высокотехнологичных решений для промышленности».
Бум кастомизации произойдет тогда, когда покупатель сможет получить персонифицированный товар по той же цене и так же быстро, как и массовый. Поэтому дело за развитием технологий и сервиса.
Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Колонизация других планет и освоение космоса: новые возможности 3D-печати
https://ria.ru/20201125/5-100-1586105612.html
Колонизация других планет и освоение космоса: новые возможности 3D-печати
Колонизация других планет и освоение космоса: новые возможности 3D-печати — РИА Новости, 25.
11.2020
Колонизация других планет и освоение космоса: новые возможности 3D-печати
Аддитивные технологии, связанные с послойным наращиванием и синтезом объектов с помощью компьютерных 3D-технологий, сегодня выходят на первый план при создании… РИА Новости, 25.11.2020
2020-11-25T08:00
2020-11-25T08:00
2020-11-25T08:00
технологии
наука
илон маск
наука
международная космическая станция (мкс)
марс
джефф безос
spacex falcon 9
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/151410/47/1514104744_0:32:1775:1030_1920x0_80_0_0_21bcca8cde7c0db80c93a915770adedf.jpg
МОСКВА, 25 ноя — РИА Новости. Аддитивные технологии, связанные с послойным наращиванием и синтезом объектов с помощью компьютерных 3D-технологий, сегодня выходят на первый план при создании космического оборудования. По мнению ученых, 3D-печать может значительно ускорить освоение внеземного пространства.
Как оптимизировать производство конструкций на 3D-принтере в космосе и повысить их безопасность? Как с помощью новых технологий создавать сверхлегкие оптические системы для наноспутников? О своих новейших разработках рассказали исследователи из российских университетов, входящих в Проект «5-100».Одно из ключевых преимуществ нового подхода в том, что один 3D-принтер может заменить огромное количество обычного заводского оборудования. В ноябре 2020 года журнал Forbes включил аддитивные технологии (от лат. additivus – прибавляемый) в список пяти новых революционных технологий, на которые стоит обратить внимание предпринимателям. Авторы обзора отметили, что принести большую выгоду аддитивные технологии могут в аэрокосмической отрасли, где вес продукта часто является самым высоким фактором затрат при транспортировке на орбиту.Использование 3D-печати в космосе может значительно ускорить освоение внеземного пространства; аддитивные технологии также активно проникают в ракетостроение.Шлемы астронавтов Роберта Бенкена и Дага Херли, участвовавших в запуске ракеты Falcon 9 с космическим кораблем Crew Dragon 30 мая 2020 года, были изготовлены на заказ с использованием технологии 3D-печати.
По словам главы аэрокосмической компании SpaceX Илона Маска, с помощью 3D-печати можно создавать прочные и высокопроизводительные детали двигателя за долю времени и средств, которые затрачиваются при традиционных методах производства. Компания выпустила свою первую деталь, напечатанную на 3D-принтере, еще в 2014 году.Аэрокосмическая компания Blue Origin Джеффа Безоса использует аддитивные технологии для печати компонентов двигателя BE-4. Молодые ракетные компании из США (Relativity Space) и Великобритании (Orbex) также планируют максимально широко использовать возможности 3D-принтеров.Повысить безопасность 3D-конструкцийВ то же время, наличие даже малейших дефектов в конструкциях, напечатанных на 3D-принтерах, имеет критически важное значение для безопасности создаваемой техники. Усовершенствовать технологию 3D-печати из алюминия, добившись повышения твердости изделий в полтора раза, смогли ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»).По словам исследователей из НИТУ «МИСиС», основной риск возникновения таких дефектов связан с высокой пористостью материала, вызванной, в том числе, особенностями исходного алюминиевого порошка.
Для обеспечения равномерной и плотной микроструктуры печатных изделий ученые предложили добавлять в алюминиевый порошок углеродные нановолокна, которые позволяют обеспечить низкую пористость материала и повысить его твердость в полтора раза. Результаты были опубликованы в журнале Composites Communications.Используемые углеродные нановолокна являются побочным продуктом переработки попутного нефтяного газа. При его каталитическом разложении углерод скапливается в виде нановолокон на дисперсных металлических частицах катализатора. Обычно попутные газы просто сжигают на месторождениях, что наносит вред окружающей среде, поэтому применение нового метода имеет также серьезное экологическое значение, отметили ученые.Оптимизировать производство в космосе3D-печать может быть использована в будущих космических миссиях, таких как колонизация Марса, утверждает Илон Маск и другие специалисты. Чтобы жить на Марсе, необходимо иметь возможность запустить там производство и, в идеале, использовать местные материалы.
3D-принтеры можно будет использовать, чтобы заложить фундамент и построить там среду обитания.Уже сейчас в условиях Международной космической станции (МКС) проблема доступности материалов стоит довольно остро, космонавтам приходится ждать следующего грузового корабля несколько месяцев. Иногда ломается или теряется важная мелкая деталь, например, часто теряются пластиковые заглушки для электроконтактов. В таких случаях 3D-принтер, который способен печатать пластиковые изделия в условиях космоса, позволяет эту проблему решить. В будущем, при межпланетных полетах, проблема доступности станет еще острее и востребованность такого принтера возрастет.Для производства инструментов, оборудования и всего, что может понадобиться астронавтам на борту, в 2016 году НАСА поручило компании Made In Space установить постоянный 3D-принтер на Международной космической станции. После этого о создании подобных машин заявили некоторые европейские, китайские и другие компании.Преимуществом российского 3D-принтера, который должны отправить в космос в 2021 году, станет более совершенная модульная система, которая позволяет проводить модернизацию и ремонт оборудования, рассказали авторы разработки, ученые Томского политехнического университета (ТПУ).
Так, при переходе от простых пластиков к сверхконструкционным или композиционным материалам, инженерам не придется изготавливать новый принтер и снова доставлять его на МКС, как это происходит сегодня у американских коллег.Создать сверхлегкую оптическую систему для наноспутниковВозможности 3D-печати позволили ученым Самарского университета создать уникальную сверхлегкую оптическую систему с дифракционной оптикой для наноспутников. Это будет первый в мире объектив с дифракционной оптикой, который отправится в космос, сообщили исследователи.В основе оптической системы — разработанная в университете плоская дифракционная линза, обладающая уникальными характеристиками. Объектив на основе такой линзы заменяет систему линз современных телеобъективов и отличается малым весом (менее 100 граммов вместе с оптической частью) и миниатюрными габаритами.Для объектива разработан инновационный корпус бионической формы, рассчитанный по оптимальной технологии, чтобы минимизировать вес при сохранении прочностных характеристик.
Сложный по форме и внутренней структуре компонент космического аппарата создан путем 3D-печати на установке селективного лазерного сплавления SLM 280HL.По словам ученых, чтобы минимизировать вес детали, в ее внутреннюю структуру в результате топологической оптимизации были добавлены специальные ячеистые участки. Габариты детали — 70×80×100 мм. Благодаря применению аддитивных технологий, ее вес удалось снизить примерно на 40% по сравнению с подобной деталью, изготовленной традиционными способами.Ученые провели многоэтапную топологическую оптимизацию исходной конструкции, получили и проанализировали несколько ее форм.»В партнерстве с экспертами в области топологической оптимизации и аддитивных технологий CADFEM CIS мы провели большой объём работ по получению новой формы конструкции, которая соответствует современным требованиям компаний космической отрасли мира», – рассказал научный сотрудник Самарского университета Антон Агаповичев.Стоимость аналогов, например, объектива для кубсата Gecko Imager составляет 23 тысячи евро. По словам ученых, стоимость разрабатываемой ими оптической системы будет на порядок ниже.Проект «5-100», реализуемый в рамках национального проекта «Образование», призван способствовать наращиванию научно-исследовательского потенциала российских университетов, укреплению их конкурентных позиций на глобальном рынке образовательных услуг.
https://ria.ru/20200422/1570340512.html
https://ria.ru/20161226/1484638427.html
https://ria.ru/20190927/1559150059.html
https://na.ria.ru/20170330/1491117182.html
марс
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2020
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdnn21.img.ria.ru/images/151410/47/1514104744_179:0:1595:1062_1920x0_80_0_0_86133bc488681e4eb4505a720ff044a7.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
технологии, наука, илон маск, международная космическая станция (мкс), марс, джефф безос, spacex falcon 9, навигатор абитуриента, университетская наука, даг херли, мисис, томский политехнический университет, самарский университет
МОСКВА, 25 ноя — РИА Новости. Аддитивные технологии, связанные с послойным наращиванием и синтезом объектов с помощью компьютерных 3D-технологий, сегодня выходят на первый план при создании космического оборудования. По мнению ученых, 3D-печать может значительно ускорить освоение внеземного пространства. Как оптимизировать производство конструкций на 3D-принтере в космосе и повысить их безопасность? Как с помощью новых технологий создавать сверхлегкие оптические системы для наноспутников? О своих новейших разработках рассказали исследователи из российских университетов, входящих в Проект «5-100».
Одно из ключевых преимуществ нового подхода в том, что один 3D-принтер может заменить огромное количество обычного заводского оборудования. В ноябре 2020 года журнал Forbes включил аддитивные технологии (от лат. additivus – прибавляемый) в список пяти новых революционных технологий, на которые стоит обратить внимание предпринимателям. Авторы обзора отметили, что принести большую выгоду аддитивные технологии могут в аэрокосмической отрасли, где вес продукта часто является самым высоким фактором затрат при транспортировке на орбиту.Использование 3D-печати в космосе может значительно ускорить освоение внеземного пространства; аддитивные технологии также активно проникают в ракетостроение.Шлемы астронавтов Роберта Бенкена и Дага Херли, участвовавших в запуске ракеты Falcon 9 с космическим кораблем Crew Dragon 30 мая 2020 года, были изготовлены на заказ с использованием технологии 3D-печати.
По словам главы аэрокосмической компании SpaceX Илона Маска, с помощью 3D-печати можно создавать прочные и высокопроизводительные детали двигателя за долю времени и средств, которые затрачиваются при традиционных методах производства. Компания выпустила свою первую деталь, напечатанную на 3D-принтере, еще в 2014 году.
Аэрокосмическая компания Blue Origin Джеффа Безоса использует аддитивные технологии для печати компонентов двигателя BE-4. Молодые ракетные компании из США (Relativity Space) и Великобритании (Orbex) также планируют максимально широко использовать возможности 3D-принтеров.22 апреля 2020, 09:00НаукаВ дальний космос — без топлива. Новая разработка российских ученыхПовысить безопасность 3D-конструкций
В то же время, наличие даже малейших дефектов в конструкциях, напечатанных на 3D-принтерах, имеет критически важное значение для безопасности создаваемой техники. Усовершенствовать технологию 3D-печати из алюминия, добившись повышения твердости изделий в полтора раза, смогли ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»).
По словам исследователей из НИТУ «МИСиС», основной риск возникновения таких дефектов связан с высокой пористостью материала, вызванной, в том числе, особенностями исходного алюминиевого порошка. Для обеспечения равномерной и плотной микроструктуры печатных изделий ученые предложили добавлять в алюминиевый порошок углеродные нановолокна, которые позволяют обеспечить низкую пористость материала и повысить его твердость в полтора раза. Результаты были опубликованы в журнале Composites Communications.«Углеродные нановолокна имеют высокую теплопроводность, которая помогает минимизировать температурные градиенты между печатными слоями в процессе синтеза изделий, на стадии селективного лазерного плавления. Благодаря этому, микроструктуру материала можно практически полностью избавить от неоднородностей», – рассказал профессор НИТУ «МИСиС» Александр Громов.
Используемые углеродные нановолокна являются побочным продуктом переработки попутного нефтяного газа. При его каталитическом разложении углерод скапливается в виде нановолокон на дисперсных металлических частицах катализатора. Обычно попутные газы просто сжигают на месторождениях, что наносит вред окружающей среде, поэтому применение нового метода имеет также серьезное экологическое значение, отметили ученые.
26 декабря 2016, 16:33НаукаУченый из Томска рассказал о запуске первого «напечатанного» наноспутникаАлексей Яковлев, директор Института физики высоких технологий Томского политехнического университета, рассказал о запуске первого в России и в мире наноспутника, напечатанного при помощи 3D-принтера, и объяснил, почему ученые сегодня обращают пристальное внимание на подобные технологии.Оптимизировать производство в космосе
3D-печать может быть использована в будущих космических миссиях, таких как колонизация Марса, утверждает Илон Маск и другие специалисты. Чтобы жить на Марсе, необходимо иметь возможность запустить там производство и, в идеале, использовать местные материалы. 3D-принтеры можно будет использовать, чтобы заложить фундамент и построить там среду обитания.Уже сейчас в условиях Международной космической станции (МКС) проблема доступности материалов стоит довольно остро, космонавтам приходится ждать следующего грузового корабля несколько месяцев. Иногда ломается или теряется важная мелкая деталь, например, часто теряются пластиковые заглушки для электроконтактов. В таких случаях 3D-принтер, который способен печатать пластиковые изделия в условиях космоса, позволяет эту проблему решить. В будущем, при межпланетных полетах, проблема доступности станет еще острее и востребованность такого принтера возрастет.
Для производства инструментов, оборудования и всего, что может понадобиться астронавтам на борту, в 2016 году НАСА поручило компании Made In Space установить постоянный 3D-принтер на Международной космической станции. После этого о создании подобных машин заявили некоторые европейские, китайские и другие компании.Преимуществом российского 3D-принтера, который должны отправить в космос в 2021 году, станет более совершенная модульная система, которая позволяет проводить модернизацию и ремонт оборудования, рассказали авторы разработки, ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Так, при переходе от простых пластиков к сверхконструкционным или композиционным материалам, инженерам не придется изготавливать новый принтер и снова доставлять его на МКС, как это происходит сегодня у американских коллег.
«Сейчас ведутся заключительные работы по подготовке рабочего макета 3D-принтера. К оборудованию, которое отправляется на МКС, предъявляют серьезные требования в плане стойкости к механическим, климатическим и другим нагрузкам. Кроме того, нужно убедиться, что принтер безопасен для космонавтов. Все это проверяется сейчас, проводится ряд испытаний и экспертиз. Также параллельно ведется усовершенствование программного обеспечения, которое специально создается для этого принтера», – рассказал заведующий научно-производственной лаборатории «Современные производственные технологии» ТПУ Василий Викторович Федоров.
27 сентября 2019, 03:00НаукаСамарские ученые разработали уникального орбитального уборщикаСоздать сверхлегкую оптическую систему для наноспутников
Возможности 3D-печати позволили ученым Самарского университета создать уникальную сверхлегкую оптическую систему с дифракционной оптикой для наноспутников. Это будет первый в мире объектив с дифракционной оптикой, который отправится в космос, сообщили исследователи.
В основе оптической системы — разработанная в университете плоская дифракционная линза, обладающая уникальными характеристиками. Объектив на основе такой линзы заменяет систему линз современных телеобъективов и отличается малым весом (менее 100 граммов вместе с оптической частью) и миниатюрными габаритами.
Для объектива разработан инновационный корпус бионической формы, рассчитанный по оптимальной технологии, чтобы минимизировать вес при сохранении прочностных характеристик. Сложный по форме и внутренней структуре компонент космического аппарата создан путем 3D-печати на установке селективного лазерного сплавления SLM 280HL.
По словам ученых, чтобы минимизировать вес детали, в ее внутреннюю структуру в результате топологической оптимизации были добавлены специальные ячеистые участки. Габариты детали — 70×80×100 мм. Благодаря применению аддитивных технологий, ее вес удалось снизить примерно на 40% по сравнению с подобной деталью, изготовленной традиционными способами.
«Корпус объектива выполнен из порошка сплава алюминия AlSi10Mg. Сплав российского производства хорошо известен как в России, так и за рубежом. Как известно, в космической и авиационной сфере вес — это основная характеристика, над уменьшением показателя которой всегда ведется работа», — рассказал доцент кафедры технологий производства двигателей Самарского университета Виталий Смелов.
Ученые провели многоэтапную топологическую оптимизацию исходной конструкции, получили и проанализировали несколько ее форм.
«В партнерстве с экспертами в области топологической оптимизации и аддитивных технологий CADFEM CIS мы провели большой объём работ по получению новой формы конструкции, которая соответствует современным требованиям компаний космической отрасли мира», – рассказал научный сотрудник Самарского университета Антон Агаповичев.
Стоимость аналогов, например, объектива для кубсата Gecko Imager составляет 23 тысячи евро. По словам ученых, стоимость разрабатываемой ими оптической системы будет на порядок ниже.
Проект «5-100», реализуемый в рамках национального проекта «Образование», призван способствовать наращиванию научно-исследовательского потенциала российских университетов, укреплению их конкурентных позиций на глобальном рынке образовательных услуг.
30 марта 2017, 14:25НаукаКосмические технологии будущего: покорение дальнего и ближнего космосаЗа эффектными стартами космических кораблей стоят высокие технологии и смелые инженерные решения, которые делают возможными всё более далёкие и длительные космические экспедиции. О некоторых передовых космических разработках читателям РИА «Новости» рассказывает фотолента.Что такое 3D-печать? Как работает 3D-принтер? Изучите 3D-печать
3D-печать или аддитивное производство — это процесс создания трехмерных твердых объектов из цифрового файла.
Создание объекта 3D-печати осуществляется с помощью аддитивных процессов. В аддитивном процессе объект создается путем наложения последовательных слоев материала до тех пор, пока объект не будет создан. Каждый из этих слоев можно рассматривать как тонко срезанное поперечное сечение объекта.
3D-печать — это противоположность субтрактивного производства, при котором вырезают / выдалбливают кусок металла или пластика, например, на фрезерном станке.
3D-печать позволяет создавать сложные формы с использованием меньшего количества материала, чем традиционные методы производства.
Присоединяйтесь к нашему списку рассылкиНаша информационная рассылка бесплатна, и вы можете отказаться от подписки в любое время.
Как работает 3D-печать?
Все начинается с 3D модели. Вы можете создать его с нуля или загрузить из 3D-библиотеки.
Программное обеспечение 3D
Доступно множество различных программных инструментов. От промышленного уровня до открытого исходного кода.Мы создали обзор на нашей странице программного обеспечения для 3D.
Мы часто рекомендуем новичкам начать с Tinkercad. Tinkercad бесплатен и работает в вашем браузере, вам не нужно устанавливать его на свой компьютер. Tinkercad предлагает уроки для начинающих и имеет встроенную функцию для экспорта вашей модели в виде файла для печати, например .STL или .OBJ.
Теперь, когда у вас есть файл для печати, следующий шаг — подготовить его для вашего 3D-принтера. Это называется нарезкой.
Нарезка: от файла для печати до 3D-принтера
Нарезка в основном означает разбиение 3D-модели на сотни или тысячи слоев и выполняется с помощью программного обеспечения для нарезки.
Когда ваш файл нарезан, он готов для вашего 3D-принтера. Загрузку файла на принтер можно выполнить через USB, SD или Wi-Fi. Теперь ваш нарезанный файл готов к 3D-печати слой за слоем .
Промышленность 3D-печати
Внедрение 3D-печати достигло критической массы, поскольку те, кому еще предстоит интегрировать аддитивное производство в свою цепочку поставок, теперь составляют часть постоянно сокращающегося меньшинства. Если на ранних этапах 3D-печать подходила только для создания прототипов и разового производства, то сейчас она быстро превращается в производственную технологию.
Большая часть текущего спроса на 3D-печать носит промышленный характер. Acumen Research and Consulting прогнозирует, что к 2026 году мировой рынок 3D-печати достигнет 41 миллиарда долларов.
По мере своего развития технология 3D-печати призвана преобразовать практически все основные отрасли и изменить наш образ жизни, работы и развлечений в будущем.
Примеры 3D-печати
3D-печать включает в себя множество форм технологий и материалов, поскольку 3D-печать используется практически во всех отраслях, о которых вы только можете подумать.Важно рассматривать его как кластер различных отраслей с множеством различных приложений.
Несколько примеров:
- — товары народного потребления (очки, обувь, дизайн, мебель)
- — продукция промышленного назначения (инструменты для изготовления, прототипы, функциональные конечные детали)
- — Стоматологические изделия
- — протезирование
- — архитектурные макеты и макеты
- — реконструкция окаменелостей
- — копирование древних артефактов
- — реконструкция улик в судебной патологии
- — реквизит для фильмов
Быстрое прототипирование и быстрое производство
Компании использовали 3D-принтеры в процессе проектирования для создания прототипов с конца семидесятых годов.Использование 3D-принтеров для этих целей называется быстрое прототипирование .
Зачем использовать 3D-принтеры для быстрого прототипирования?
Короче: быстро и относительно дешево. От идеи до 3D-модели и до прототипа в руках — вопрос дней, а не недель. Итерации проще и дешевле производить, и вам не нужны дорогие формы или инструменты.
Помимо быстрого прототипирования, 3D-печать также используется для быстрого производства . Быстрое производство — это новый метод производства, при котором предприятия используют 3D-принтеры для мелкосерийного производства по индивидуальному заказу.
Связанная история
3D-печать как производственная технология
Автомобильная промышленность
Производители автомобилей уже давно используют 3D-печать. Автомобильные компании печатают запасные части, инструменты, приспособления и приспособления, а также детали для конечного использования. 3D-печать позволила производить продукцию по требованию, что привело к снижению уровня запасов и сокращению циклов проектирования и производства.
Автомобильные энтузиасты во всем мире используют детали, напечатанные на 3D-принтере, для восстановления старых автомобилей.Один из таких примеров — когда австралийские инженеры напечатали детали, чтобы вернуть к жизни Delage Type-C. При этом им приходилось печатать детали, которые не производились десятилетиями.
Связанная история
Как 3D-печать меняет автомобильное производство
Авиация
Авиационная промышленность использует 3D-печать по-разному. Следующий пример знаменует собой важную веху в производстве 3D-печати: GE Aviation напечатала на 3D-принтере 30 000 кобальто-хромовых топливных форсунок для своих авиационных двигателей LEAP.Они достигли этого рубежа в октябре 2018 года, и, учитывая, что они производят 600 принтеров в неделю на сорока 3D-принтерах, это, вероятно, намного выше, чем сейчас.
Около двадцати отдельных деталей, которые ранее приходилось сваривать, были объединены в один компонент, напечатанный на 3D-принтере, который весит на 25% меньше и в пять раз прочнее. Двигатель LEAP является самым продаваемым двигателем в аэрокосмической промышленности из-за его высокого уровня эффективности, и GE экономит 3 миллиона долларов на самолет за счет 3D-печати топливных форсунок, поэтому эта единственная 3D-печатная деталь приносит сотни миллионов долларов финансовой выгоды.
Топливные форсункиGE также использовались в Boeing 787 Dreamliner, но это не единственная деталь, напечатанная на 3D-принтере в 787. Конструктивные элементы длиной 33 сантиметра, которые крепят кормовой кухонный гарнитур к планеру, напечатаны на 3D-принтере компанией под названием Norsk Titanium. Компания Norsk решила специализироваться на титане, потому что он имеет очень высокое соотношение прочности к весу и является довольно дорогим, а это означает, что сокращение отходов благодаря 3D-печати имеет более значительные финансовые последствия, чем по сравнению с более дешевыми металлами, где затраты на отходы материалов равны легче впитывается.Вместо того, чтобы спекать металлический порошок с помощью лазера, как в большинстве металлических 3D-принтеров, Norsk Merke 4 использует плазменную дугу для плавления металлической проволоки в процессе, называемом Rapid Plasma Deposition (форма направленного энергетического осаждения), который может наносить до 10 кг титана. в час. Для изготовления 2-килограммовой титановой детали обычно требуется 30-килограммовый блок титана, что дает 28 кг отходов, но для 3D-печати той же детали требуется всего 6 кг титановой проволоки.
Связанная история
GE получает сертификат летной годности USAF для Metal AM Critical Part
Строительство
Можно ли распечатать здание? — Да, это так.3D-печатные дома уже доступны в продаже. Некоторые компании печатают сборные детали, а другие делают это на месте.
Связанная история
Здание для получения композитного фасада произвольной формы на 3D-принтере
Большинство статей о печати на бетоне, которые мы рассматриваем на этом веб-сайте, сосредоточены на крупномасштабных системах печати на бетоне с довольно большими соплами для большой скорости потока. Он отлично подходит для быстрой и повторяемой укладки бетонных слоев. Но для действительно сложной бетонной работы, в которой в полной мере используются возможности 3D-печати, требуется что-то более проворное и более тонкое.
Связанная история
Производство добавок к бетону усложняется
Потребительские товары
Когда мы впервые начали вести блог о 3D-печати в 2011 году, 3D-печать не была готова к использованию в качестве метода производства для больших объемов. В настоящее время существует множество примеров потребительских товаров, предназначенных для конечного использования на 3D-принтере.
Обувь
Линия 4D Adidas имеет полностью напечатанную на 3D-принтере межподошву и печатается в больших объемах.Тогда мы написали статью, в которой объясняли, как Adidas изначально выпускал для публики всего 5000 пар обуви и намеревался продать к 2018 году 100000 пар моделей, наполненных AM.
С их последними версиями обуви кажется, что они превзошли эту цель или находятся на пути к ее достижению. Обувь доступна по всему миру в местных магазинах Adidas, а также в различных сторонних онлайн-магазинах.
Связанная история
Кроссовки с 3D-принтом в 2021 году
Очки
Прогнозируется, что рынок очков, напечатанных на 3D-принтере, достигнет 3 долларов.4 миллиарда к 2028 году. Быстро увеличивающийся раздел — это рамы для конечного использования. 3D-печать является особенно подходящим методом производства оправ для очков, потому что измерения человека легко обрабатываются в конечном продукте.
Связанная история
Fitz Frames 3D-печать детских очков с помощью приложения
Но знаете ли вы, что линзы можно также печатать на 3D-принтере? Традиционные стеклянные линзы не кажутся тонкими и легкими; они вырезаны из гораздо более крупного куска материала, называемого заготовкой, около 80% которого идет в отходы.Если учесть, сколько людей носит очки и как часто им нужно приобретать новую пару, 80% этих цифр — пустая трата времени. Вдобавок к этому лаборатории должны хранить огромные запасы заготовок для удовлетворения индивидуальных потребностей своих клиентов. Наконец, однако, технология 3D-печати достаточно продвинулась, чтобы предоставлять высококачественные индивидуальные офтальмологические линзы, избавляясь от прошлых затрат на отходы и инвентарь. В 3D-принтере Luxexcel VisionEngine используется акрилатный мономер, отверждаемый ультрафиолетом, для печати двух пар линз в час, которые не требуют какой-либо полировки или постобработки.Фокусные области также могут быть полностью настроены, так что определенная область линзы может обеспечивать лучшую четкость на расстоянии, в то время как другая область линзы обеспечивает лучшее видение вблизи.
Связанная история
Линзы для 3D-печати для умных очков
Ювелирные изделия
Есть два способа изготовления украшений на 3D-принтере. Вы можете использовать прямой или косвенный производственный процесс. Прямое относится к созданию объекта прямо из 3D-дизайна, в то время как непрямое производство означает, что объект (шаблон), который напечатан на 3D-принтере, в конечном итоге используется для создания формы для литья по выплавляемым моделям.
Здравоохранение
В наши дни нередко можно увидеть заголовки об имплантатах, напечатанных на 3D-принтере. Часто эти случаи носят экспериментальный характер, и может показаться, что 3D-печать по-прежнему является второстепенной технологией в медицине и здравоохранении, но это уже не так. За последнее десятилетие GE Additive напечатала на 3D-принтере более 100000 замен тазобедренного сустава.
Чашка Delta-TT, разработанная доктором Гвидо Граппиоло и LimaCorporate, изготовлена из трабекулярного титана, который характеризуется регулярной трехмерной гексагональной структурой ячеек, имитирующей морфологию губчатой кости.Трабекулярная структура увеличивает биосовместимость титана, стимулируя рост кости в имплант. Некоторые из первых имплантатов Delta-TT все еще работают более десяти лет спустя.
Еще один компонент здравоохранения, напечатанный на 3D-принтере, который делает все возможное, чтобы быть незамеченным, — это слуховой аппарат. Почти каждый слуховой аппарат за последние 17 лет был напечатан на 3D-принтере благодаря сотрудничеству между Materialise и Phonak. Компания Phonak разработала Rapid Shell Modeling (RSM) в 2001 году. До RSM для создания одного слухового аппарата требовалось девять трудоемких шагов, включая лепку вручную и изготовление форм, и результаты часто не подходили.В RSM техник использует силикон для снятия слепка ушного канала, этот слепок сканируется в 3D, и после некоторых незначительных изменений модель печатается в 3D на полимерном 3D-принтере. Электроника добавляется и отправляется пользователю. С помощью этого процесса каждый год печатаются на 3D-принтере сотни тысяч слуховых аппаратов.
Стоматологическая
В стоматологической промышленности мы видим, что формы для прозрачных элайнеров, возможно, являются самыми трехмерными печатными объектами в мире. В настоящее время пресс-формы печатаются на 3D-принтере с использованием процессов 3D-печати на основе смолы и порошка, а также методом струйной печати.Коронки и зубные протезы уже напрямую напечатаны на 3D-принтере вместе с хирургическими шаблонами.
Связанная история
3 способа 3D-печати революционизируют цифровую стоматологию
Биопечать
В начале двухтысячного периода технология 3D-печати изучалась биотехнологическими фирмами и академическими кругами для возможного использования в тканевой инженерии, где органы и части тела строятся с использованием струйных технологий. Слои живых клеток наносятся на гелевую среду и медленно наращиваются, образуя трехмерные структуры.Мы называем эту область исследований термином: биопечать.
Связанная история
Сотрудничество в отрасли открывает путь к созданию легких, напечатанных на 3D-принтере
Еда
Аддитивное производство давно вторглось в пищевую промышленность. Такие рестораны, как Food Ink и Melisse, используют это как уникальный торговый аргумент для привлечения клиентов со всего мира.
Образование
Педагоги и студенты уже давно используют 3D-принтеры в классе.3D-печать позволяет студентам быстро и доступно воплощать свои идеи в жизнь.
Несмотря на то, что дипломы, связанные с аддитивным производством, довольно новы, университеты уже давно используют 3D-принтеры в других дисциплинах. Есть много образовательных курсов, которые можно пройти, чтобы заняться 3D-печатью. Университеты предлагают курсы по смежным с 3D-печатью предметам, таким как САПР и 3D-дизайн, которые могут быть применены к 3D-печати на определенном этапе.
Что касается прототипирования, многие университетские программы обращаются к принтерам.Есть специализации в аддитивном производстве, которые можно получить, получив степень в области архитектуры или промышленного дизайна. Печатные прототипы также очень распространены в искусстве, анимации и модных исследованиях.
Связанная история
3D-печать в образовании
Типы технологий и процессов 3D-печати
Американское общество испытаний и материалов (ASTM) разработало набор стандартов, которые классифицируют процессы аддитивного производства по 7 категориям.Это:
- НДС Фотополимеризация
- Стереолитография (SLA)
- Цифровая обработка света (DLP)
- Непрерывное производство раздела жидкостей (CLIP)
- Струйная обработка материалов
- Распыление связующего вещества
- Экструзия материалов
- Моделирование наплавленного осаждения (FDM)
- Производство плавленых волокон (FFF)
- Порошковая кровать Fusion
- Многоструйная сварка (MJF)
- Селективное лазерное спекание (SLS)
- Прямое лазерное спекание металла (DMLS)
- Ламинирование листа
- Направленное распределение энергии
НДС Фотополимеризация
3D-принтер, основанный на методе фотополимеризации чана, имеет контейнер, заполненный фотополимерной смолой.Смола затвердевает под воздействием УФ-излучения.
Схема фотополимеризации чана. Источник изображения: lboro.ac.ukСтереолитография (SLA)
SLA был изобретен в 1986 году Чарльзом Халлом, который в то же время основал компанию 3D Systems. В стереолитографии используется емкость с жидкой отверждаемой фотополимерной смолой и ультрафиолетовый лазер для создания слоев объекта по одному. Для каждого слоя лазерный луч отслеживает поперечное сечение узора детали на поверхности жидкой смолы.Воздействие ультрафиолетового лазерного излучения отверждает и укрепляет рисунок, нанесенный на смолу, и сплавляет его с нижележащим слоем.
После того, как рисунок был нанесен, платформа подъемника SLA спускается на расстояние, равное толщине одного слоя, обычно от 0,05 мм до 0,15 мм (от 0,002 до 0,006 дюйма). Затем лезвие, наполненное смолой, проходит по поперечному сечению детали, повторно покрывая его свежим материалом. На этой новой поверхности жидкости прослеживается рисунок последующего слоя, соединяющий предыдущий слой.В зависимости от ориентации объекта и печати SLA часто требует использования вспомогательных структур.
Цифровая обработка света (DLP)
DLP или цифровая обработка света относится к методу печати, в котором используются свет и светочувствительные полимеры. Хотя он очень похож на SLA, ключевым отличием является источник света. DLP использует другие источники света, например дуговые лампы. DLP относительно быстр по сравнению с другими технологиями 3D-печати.
Непрерывное производство раздела жидкостей (CLIP)
Один из самых быстрых процессов с использованием фотополимеризации в ванне называется CLIP, сокращенно от Continuous Liquid Interface Production , разработанный Carbon.
Цифровой синтез света
В основе процесса CLIP лежит технология Digital Light Synthesis . В этой технологии свет от настраиваемого высокопроизводительного светодиодного светового механизма проецирует последовательность УФ-изображений, обнажающих поперечное сечение 3D-печатной детали, что приводит к частичному отверждению УФ-отверждаемой смолы точно контролируемым образом. Кислород проходит через проницаемое для кислорода окно, создавая тонкую жидкую поверхность раздела неотвержденной смолы между окном и печатной частью, известную как мертвая зона.Мертвая зона составляет всего десять микрон. Внутри мертвой зоны кислород не позволяет свету отверждать смолу, расположенную ближе всего к окну, тем самым обеспечивая непрерывный поток жидкости под печатной частью. Прямо над мертвой зоной направленный вверх ультрафиолетовый свет вызывает каскадное отверждение детали.
Простая печать с использованием только аппаратного обеспечения Carbon не позволяет использовать свойства конечного продукта в реальных приложениях. После того, как свет сформировал деталь, второй программируемый процесс отверждения позволяет достичь желаемых механических свойств путем запекания детали, напечатанной на 3D-принтере, в термальной ванне или духовке.Программируемое термическое отверждение устанавливает механические свойства, вызывая вторичную химическую реакцию, заставляющую материал укрепляться, достигая желаемых конечных свойств.
Компоненты, напечатанные с использованием технологии Carbon, соответствуют деталям, изготовленным методом литья под давлением. Цифровой синтез света обеспечивает постоянные и предсказуемые механические свойства, создавая действительно изотропные детали.
Струйная обработка материалов
В этом процессе материал наносится каплями через сопло малого диаметра, аналогично тому, как работает обычный струйный бумажный принтер, но он наносится слой за слоем на платформу для сборки, а затем затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения.
Схема струйной печати материалов. Источник изображения: custompartnet.comBinder Jetting
При нанесении связующего используются два материала: порошковый основной материал и жидкое связующее. В камере формирования порошок распределяется равными слоями, а связующее наносится через форсунки, которые «склеивают» частицы порошка в требуемой форме. После завершения печати оставшийся порошок счищается, и его можно повторно использовать для печати следующего объекта. Эта технология была впервые разработана в Массачусетском технологическом институте в 1993 году.
Схема Binder JettingЭкструзия материалов
Моделирование наплавленного наплавления (FDM)
Схема FDM (Изображение предоставлено Википедией, сделанное пользователем Zureks)FDM работает с использованием пластиковой нити, которая разматывается с катушки и подается на экструзионное сопло, которое может включать и выключать поток. Сопло нагревается для плавления материала и может перемещаться как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении с помощью механизма с числовым программным управлением. Изделие изготавливается путем экструзии расплавленного материала с образованием слоев, поскольку материал затвердевает сразу после экструзии из сопла.
FDM был изобретен Скоттом Крампом в конце 80-х. После патентования этой технологии в 1988 году он основал компанию Stratasys. Термин Fused Deposition Modeling и его аббревиатура FDM являются товарными знаками Stratasys Inc.
.Производство плавленых волокон (FFF)
Точно эквивалентный термин, Fused Filament Fabrication (FFF), был придуман участниками проекта RepRap, чтобы дать фразу, использование которой не ограничивалось бы законом.
Порошковая кровать Fusion
Селективное лазерное спекание (SLS)
SLS использует лазер высокой мощности для сплавления мелких частиц порошка в массу, которая имеет желаемую трехмерную форму.Лазер избирательно плавит порошок, сначала сканируя поперечные сечения (или слои) на поверхности порошкового слоя. После сканирования каждого поперечного сечения слой порошка опускается на один слой. Затем поверх наносится новый слой материала и процесс повторяется, пока объект не будет готов.
Схема SLS (Изображение предоставлено Википедией от пользователя Materialgeeza)Multi Jet Fusion (MJF)
ТехнологияMulti Jet Fusion была разработана Hewlett Packard и работает с подметающим рычагом, который наносит слой порошка, а затем с другим рычагом, оснащенным струйными форсунками, который выборочно наносит связующее на материал.Кроме того, струйные принтеры наносят детализирующий агент вокруг связующего, чтобы обеспечить точные размеры и гладкость поверхностей. Наконец, слой подвергается выбросу тепловой энергии, которая вызывает реакцию агентов.
Прямое лазерное спекание металла (DMLS)
DMLS в основном такой же, как SLS, но вместо него используется металлический порошок. Весь неиспользованный порошок остается как есть и становится опорной структурой для объекта. Неиспользованный порошок можно повторно использовать для следующего отпечатка.
Из-за повышенной мощности лазера DMLS превратился в процесс лазерного плавления.Подробнее об этой и других технологиях обработки металлов читайте на нашей странице обзора технологий обработки металлов.
Связанная история
3D-печать на металле: обзор наиболее распространенных типов
Ламинирование листа
При ламинировании листов используется материал в листах, который скрепляется внешней силой. Листы могут быть металлическими, бумажными или полимерными. Металлические листы свариваются друг с другом с помощью ультразвуковой сварки слоями, а затем фрезеруются на станке с ЧПУ для придания нужной формы. Также можно использовать листы бумаги, но они склеиваются клеевым клеем и вырезаются по форме точными лезвиями.
Упрощенная схема ультразвуковой обработки листового металла (Изображение предоставлено Википедией от пользователя Mmrjf3)Направленное нанесение энергии
Этот процесс в основном используется в металлургической промышленности и в приложениях быстрого производства. Устройство для 3D-печати обычно прикрепляется к многоосной роботизированной руке и состоит из сопла, которое наносит металлический порошок или проволоку на поверхность, и источника энергии (лазер, электронный луч или плазменная дуга), который плавит его, образуя твердый объект.
Направленное осаждение энергии с помощью металлического порошка и лазерного плавления (Изображение предоставлено: проект Merlin)Материалы
В аддитивном производстве можно использовать несколько материалов: пластмассы, металлы, бетон, керамику, бумагу и некоторые пищевые продукты (например,грамм. шоколад). Материалы часто производятся в виде проволоки, также известной как нить, порошок или жидкая смола. Узнайте больше о наших избранных материалах на нашей странице материалов.
Услуги
Хотите внедрить 3D-печать в свой производственный процесс? Получите расценки на изготовление нестандартной детали или закажите образцы на нашей странице службы 3D-печати.
Бесплатное руководство для новичков — индустрия 3D-печати
Истоки 3D-печати в «Rapid Prototyping» были основаны на принципах промышленного прототипирования как средства ускорения самых ранних этапов разработки продукта с помощью быстрого и простого способа производства прототипов, который позволяет создавать несколько итераций продукта. быстрее и эффективнее при выборе оптимального решения.Это экономит время и деньги на начальном этапе всего процесса разработки продукта и обеспечивает уверенность перед производственными инструментами.
Прототипирование по-прежнему, вероятно, является самым крупным, хотя иногда и упускаемым из виду, применением 3D-печати сегодня.
Развитие и усовершенствование процесса и материалов, с момента появления 3D-печати для прототипирования, привело к тому, что процессы были приняты для приложений на более поздних этапах цепочки процесса разработки продукта. Приложения для оснастки и литья были разработаны с использованием преимуществ различных процессов.Опять же, эти приложения все чаще используются и внедряются в промышленных секторах.
Аналогично для конечных производственных операций, улучшения продолжают способствовать внедрению.
С точки зрения вертикальных промышленных рынков, которые сильно выигрывают от промышленной 3D-печати во всех этих приложениях широкого спектра, следующая базовая разбивка:
Медицинский сектор рассматривается как один из первых, кто начал применять 3D-печать, но также как сектор с огромным потенциалом для роста благодаря возможностям настройки и персонализации технологий и способности улучшать жизнь людей по мере улучшения процессов и разработаны материалы, соответствующие медицинским стандартам.
Технологии 3D-печати используются для множества различных приложений. Помимо создания прототипов для поддержки разработки новых продуктов для медицинской и стоматологической промышленности, эти технологии также используются для изготовления шаблонов для последующего металлического литья зубных коронок и при производстве инструментов, поверх которых пластик формуют в вакууме для изготовления зубных выравнивателей. . Эта технология также используется непосредственно для производства как стандартных товаров, таких как имплантаты бедра и колена, так и изделий для конкретных пациентов, таких как слуховые аппараты, ортопедические стельки для обуви, индивидуальные протезы и одноразовые имплантаты для пациентов, страдающих заболеваниями. такие как остеоартрит, остеопороз и рак, а также жертвы несчастных случаев и травм.Хирургические шаблоны для конкретных операций, напечатанные на 3D-принтере, также являются новым приложением, которое помогает хирургам в их работе и пациентам в их выздоровлении. Также разрабатываются технологии для 3D-печати кожи, костей, тканей, фармацевтических препаратов и даже человеческих органов. Однако до коммерциализации этих технологий еще далеко.
Как и медицинский сектор, аэрокосмический сектор одним из первых начал применять технологии 3D-печати в их самых ранних формах для разработки продуктов и создания прототипов.Эти компании, обычно работающие в партнерстве с академическими и научно-исследовательскими институтами, были на острие в плане или расширении границ технологий для производственных приложений.
Из-за критического характера разработки самолетов, исследования и разработки требуют больших усилий и усилий, стандарты имеют решающее значение, а системы 3D-печати промышленного уровня подвергаются испытанию. При разработке процессов и материалов был разработан ряд ключевых приложений для аэрокосмического сектора, а некоторые некритические детали уже полностью готовы к полетам на самолетах.
Среди известных пользователей GE / Morris Technologies, Airbus / EADS, Rolls-Royce, BAE Systems и Boeing. Хотя большинство из этих компаний действительно придерживаются реалистичного подхода к тому, что они делают сейчас с технологиями, и большая часть этого — НИОКР, некоторые действительно настроены оптимистично в отношении будущего.
Еще одним повсеместным первооткрывателем технологий быстрого прототипирования — самого раннего воплощения 3D-печати — стал автомобильный сектор. Многие автомобильные компании — особенно передовые в автоспорте и Формуле-1 — пошли по той же траектории, что и аэрокосмические компании.Сначала (и до сих пор) используют технологии для создания прототипов приложений, но разрабатывают и адаптируют свои производственные процессы для включения преимуществ улучшенных материалов и конечных результатов для автомобильных деталей.
Многие автомобильные компании теперь также рассматривают потенциал 3D-печати для выполнения послепродажных функций с точки зрения производства запасных частей / запасных частей по запросу, а не для хранения огромных запасов.
Традиционно процесс проектирования и производства ювелирных изделий всегда требовал высокого уровня знаний и опыта, включая специальные дисциплины, включая изготовление, изготовление пресс-форм, литье, гальванику, ковку, ковку серебра и золота, резку камня, гравировку и полировку.Каждая из этих дисциплин развивалась на протяжении многих лет, и каждая из них требует технических знаний при производстве ювелирных изделий. Одним из примеров является литье по выплавляемым моделям, истоки которого насчитывают более 4000 лет.
Для ювелирного сектора 3D-печать оказалась особенно разрушительной. Существует большой интерес и популярность, основанная на том, как 3D-печать может и будет способствовать дальнейшему развитию этой отрасли. От новой свободы дизайна, обеспечиваемой 3D CAD и 3D-печатью, за счет совершенствования традиционных процессов производства ювелирных изделий до прямого производства 3D-печати, устраняющего многие традиционные шаги, 3D-печать оказала и продолжает оказывать огромное влияние в этом секторе. .
Искусство / Дизайн / Скульптура
Художники и скульпторы используют 3D-печать множеством различных способов, позволяющих исследовать форму и функционирование способами, которые ранее были невозможны. Будь то просто найти новое оригинальное выражение или учиться у старых мастеров, это очень напряженный сектор, который все чаще находит новые способы работы с 3D-печатью и представляет результаты миру. Есть множество художников, которые сегодня сделали себе имя, специально работая с технологиями 3D-моделирования, 3D-сканирования и 3D-печати.
- Джошуа Харкер
- Размер
- Джессика Розенкранц в нервной системе
- Пиа Хинце
- Ник Эрвинк
- Лайонел Дин
- И многие другие.
Дисциплина 3D-сканирование в сочетании с 3D-печатью также привносит новое измерение в мир искусства, однако теперь художники и студенты имеют проверенную методологию воспроизведения работ мастеров прошлого и создания точных копий древних (и др. недавние) скульптуры для внимательного изучения — произведения искусства, с которыми они никогда не смогли бы взаимодействовать лично.Работа Космо Венмана особенно поучительна в этой области.
Архитектурные модели долгое время были основным приложением процессов 3D-печати для создания точных демонстрационных моделей видения архитектора. 3D-печать предлагает относительно быстрый, простой и экономически жизнеспособный метод создания подробных моделей непосредственно из 3D CAD, BIM или других цифровых данных, используемых архитекторами. Многие успешные архитектурные фирмы в настоящее время обычно используют 3D-печать (дома или в качестве услуги) как важную часть своего рабочего процесса для расширения инноваций и улучшения коммуникации.
В последнее время некоторые дальновидные архитекторы рассматривают 3D-печать как прямой метод строительства. Исследования в этой области ведутся рядом организаций, в первую очередь Университетом Лафборо, Контурным ремеслом и Архитектурой Вселенной.
Поскольку процессы 3D-печати улучшились с точки зрения разрешения и более гибких материалов, одна отрасль, известная своими экспериментами и возмутительными заявлениями, вышла на первый план. Речь, конечно же, идет о моде!
аксессуаров, напечатанных на 3D-принтере, включая обувь, головные уборы, шляпы и сумки, вышли на мировые подиумы.А еще более дальновидные модельеры продемонстрировали возможности этой технологии для высокой моды — платья, накидки, длинные платья и даже нижнее белье дебютировали на различных модных площадках по всему миру.
Ирис ван Херпен заслуживает особого упоминания как ведущего пионера в этом направлении. Она создала ряд коллекций по образцу подиумов Парижа и Милана, в которых используется 3D-печать, чтобы взорвать «обычные правила», которые больше не применяются к дизайну одежды.Многие пошли и продолжают идти по ее стопам, часто с совершенно оригинальными результатами.
Хотя продукты 3D-печати и опоздали, еда — это одно из новых приложений (и / или материалов для 3D-печати), которое очень воодушевляет людей и может по-настоящему сделать эту технологию мейнстримом. В конце концов, нам всем и всегда нужно есть! 3D-печать становится новым способом приготовления и подачи еды.
Первые набеги на продукты питания для 3D-печати были с шоколадом и сахаром, и эти разработки быстро продолжаются, и на рынке появляются определенные 3D-принтеры.Некоторые другие ранние эксперименты с едой, включая 3D-печать «мяса» на уровне клеточного белка. Совсем недавно паста — еще одна группа продуктов питания, которая исследуется на предмет 3D-печати продуктов питания.
Взгляд в будущее 3D-печать также рассматривается как полноценный метод приготовления пищи и способ сбалансировать питательные вещества всесторонним и здоровым образом.
Святой Грааль для поставщиков 3D-печати — это потребительская 3D-печать. Существует широко распространенная дискуссия о том, возможно ли это будущее.В настоящее время потребительский интерес низок из-за проблем с доступностью, которые существуют на начальном уровне (потребительские машины). В этом направлении продвигаются вперед крупные компании по 3D-печати, такие как 3D Systems и Makerbot, как дочерняя компания Stratasys, поскольку они пытаются сделать процесс 3D-печати и вспомогательные компоненты (программное обеспечение, цифровой контент и т. Д.) Более доступными и доступными для пользователей. -дружелюбный. В настоящее время существует три основных способа взаимодействия человека с улицы с технологией 3D-печати для потребительских товаров:
- дизайн + печать
- выбрать + распечатать
- выбрать + выполнение услуги 3D-печати
Что такое 3D-печать? Как это работает?
3D-печать предоставила несколько полезных решений для строительства, медицины, пищевой и авиакосмической промышленности.Примеры 3D-печати
3D-печать проникла почти во все отрасли и предлагает инновационные решения проблем во всем мире. Вот несколько интересных примеров того, как 3D-печать меняет будущее:
Еда, напечатанная на 3D-принтере
Еда, напечатанная на 3D-принтере, кажется чем-то необычным или слишком хороша, чтобы быть правдой. На самом деле, если его можно протереть, его можно смело печатать. Как что-то из научно-фантастического шоу, 3D-принтеры накладывают на настоящие протертые ингредиенты, такие как курица и морковь, чтобы воссоздать продукты, которые мы знаем и любим.Еда, напечатанная на 3D-принтере, полностью безопасна для употребления, если принтер полностью очищен и работает должным образом. Тем не менее, вы можете заказать еду заранее. 3D-принтеры для еды по-прежнему относительно медленны. Например, для печати детализированного кусочка шоколада требуется около 15-20 минут. Тем не менее, мы видели, как принтеры изготавливают все, от гамбургеров до пиццы и даже пряничных домиков, используя эту умопомрачительную технологию.
Вот как выглядит первый дом, напечатанный на 3D-принтере, выставленный на продажу с сайта CNBC Television
3D Printed Houses
Некоммерческие организации и города по всему миру обращаются к 3D-печати, чтобы решить глобальный кризис бездомных.New Story, некоммерческая организация, занимающаяся улучшением жилищных условий, прямо сейчас печатает дома. Используя принтер длиной 33 фута, New Story может создать дом площадью 500 квадратных футов со стенами, окнами и двумя спальнями всего за 24 часа. На данный момент New Story создала мини-кварталы с 3D-печатью в Мексике, Гаити, Сальвадоре и Боливии, причем более 2000 домов напечатаны на 100%.
Органы и протезы, напечатанные на 3D-принтере
В ближайшем будущем мы увидим, как 3D-принтеры будут создавать рабочие органы для тех, кто ждет трансплантации.Вместо традиционного процесса донорства органов врачи и инженеры объединяются для разработки новой волны медицинских технологий, которые могут создавать сердца, почки и печень с нуля. В этом процессе органы сначала моделируются в 3D с использованием точных характеристик тела реципиента, а затем слой за слоем распечатывается комбинация живых клеток и полимерного геля (более известного как биочернила), чтобы создать живой человеческий орган. Эта революционная технология способна изменить известную нам медицинскую отрасль и сократить чрезвычайно большое количество пациентов в списке ожидания донорства органов в США.
3D-печатьпредлагает несколько дополнительных революционных средств улучшения качества жизни пациентов, одновременно делая решения более доступными для поставщиков медицинских услуг: от компонентов для хирургических машин до масок N95 и аппаратов ИВЛ, предназначенных для помощи в борьбе с COVID-19. Пожалуй, наиболее впечатляюще то, что технология 3D-печати даже позволила ускорить производство и обеспечить долговечность протезов при одновременном снижении затрат, как, например, GE Additive произвела более 10000 замен тазобедренного сустава с помощью 3D-печати с 2007 по 2018 год.
3D-печать для аэрокосмической техники
Будет ли будущее космических путешествий зависеть от ракет, напечатанных на 3D-принтере? Так думают такие компании, как Relativity Space в Калифорнии. Компания утверждает, что она может напечатать рабочую ракету на 3D-принтере всего за несколько дней и из 100 раз меньшего количества деталей, чем у обычного шаттла. Первая концептуальная ракета компании, Terran 1, займет всего 60 дней от начала печати до запуска в космос. Ракета будет напечатана на заказ с использованием запатентованного сплава металла, который максимизирует грузоподъемность и минимизирует время сборки.Общая грузоподъемность этой ракеты достигает 1750 кг (примерно вес среднего носорога). Неплохо для того, что вышло из принтера.
3D-печатные материалы не только легче производить быстро и с меньшими затратами, но и 3D-печать также позволяет сократить общее количество деталей, которые необходимо сваривать, а также значительно снизить вес и повысить прочность. Другой известный пример — двигатель LEAP компании GE Aviation, самый продаваемый двигатель в аэрокосмической промышленности, в котором используются топливные форсунки из кобальт-хрома, напечатанные на 3D-принтере, которые весят на 25% меньше и в пять раз прочнее, чем форсунки традиционного производства.
Машины, напечатанные на 3D-принтере
3D-печать используется в автомобильной промышленности в течение многих лет, что позволяет компаниям сокращать циклы проектирования и производства при одновременном снижении количества необходимых запасов. Запасные части, инструменты, приспособления и приспособления могут производиться по мере необходимости, обеспечивая при этом гибкость, которую невозможно было представить для предыдущих поколений.
Кроме того, 3D-печать дает автолюбителям возможность настраивать свои автомобили или восстанавливать старые автомобили с помощью деталей, которые больше не производятся.Авторемонтные мастерские могут даже использовать 3D-печать, когда сталкиваются с необычными запросами на ремонт.
Потребительские товары, напечатанные на 3D-принтере
Потребительские товары без цифрового или электронного качества сборки, такие как обувь, очки, ювелирные изделия и т. Д., Могут производиться серийно с помощью 3D-печати. В то время как различные другие продукты могут иметь корпус или каркас, изготовленные с помощью 3D-печати, любой предмет, который может быть изготовлен в форме, также может быть изготовлен с помощью 3D-печати.
Каковы преимущества и недостатки 3D-печати?
Этот производственный процесс имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами производства.Эти преимущества включают, помимо прочего, преимущества, связанные с дизайном, временем и стоимостью.
1. Гибкая конструкция
3D-печать позволяет создавать и печатать более сложные конструкции, чем традиционные производственные процессы. Более традиционные процессы имеют конструктивные ограничения, которые больше не применяются при использовании 3D-печати.
2. Быстрое прототипирование
3D-печать позволяет изготавливать детали в течение нескольких часов, что ускоряет процесс создания прототипов. Это позволяет быстрее завершить каждый этап.По сравнению с обработкой прототипов, 3D-печать является недорогой и более быстрой при создании деталей, поскольку деталь может быть закончена за часы, что позволяет выполнять каждую модификацию конструкции с гораздо большей эффективностью.
3. Печать по запросу
Печать по требованию — еще одно преимущество, так как в отличие от традиционных производственных процессов, ей не нужно много места для складских запасов. Это экономит место и экономит затраты, поскольку нет необходимости печатать оптом, если это не требуется.
Все файлы 3D-дизайна хранятся в виртуальной библиотеке, поскольку они печатаются с использованием 3D-модели в виде файла CAD или STL, это означает, что их можно найти и распечатать при необходимости.Изменения в дизайне можно делать с очень низкими затратами, редактируя отдельные файлы без потери устаревшего инвентаря и инвестиций в инструменты.
4. Прочные и легкие детали
Основным материалом для 3D-печати является пластик, хотя некоторые металлы также могут использоваться для 3D-печати. Однако пластмассы обладают преимуществами, поскольку они легче своих металлических эквивалентов. Это особенно важно в таких отраслях, как автомобилестроение и авиакосмическая промышленность, где малый вес является проблемой и может обеспечить более высокую топливную экономичность.
Кроме того, детали могут быть изготовлены из специально подобранных материалов для обеспечения определенных свойств, таких как термостойкость, более высокая прочность или водоотталкивающие свойства.
5. Быстрое проектирование и производство
В зависимости от конструкции и сложности детали с помощью 3D-печати можно печатать объекты в течение нескольких часов, что намного быстрее, чем формованные или обработанные детали. Это не только производство детали, которое может предложить экономию времени за счет 3D-печати, но и процесс проектирования может быть очень быстрым за счет создания файлов STL или CAD, готовых к печати.
6. Минимизация отходов
Для производства деталей требуются только материалы, необходимые для самой детали, с небольшими потерями или без них по сравнению с альтернативными методами, которые вырезаются из больших кусков материалов, не подлежащих вторичной переработке. Этот процесс не только экономит ресурсы, но также снижает стоимость используемых материалов.
7. Рентабельность
Как одностадийный производственный процесс, 3D-печать экономит время и, следовательно, затраты, связанные с использованием различных машин для производства.3D-принтеры также можно настроить и оставить для выполнения работы, а это означает, что операторы не должны присутствовать все время. Как упоминалось выше, этот производственный процесс также может снизить затраты на материалы, поскольку он использует только то количество материала, которое требуется для самой детали, с небольшими потерями или без них. Хотя оборудование для 3D-печати может быть дорогостоящим, вы даже можете избежать этих затрат, передав свой проект на аутсорсинг компании, предоставляющей услуги 3D-печати.
8. Легкость доступа
3D-принтерыстановятся все более доступными, поскольку все больше местных поставщиков услуг предлагают услуги аутсорсинга для производственных работ.Это экономит время и не требует дорогостоящих транспортных расходов по сравнению с более традиционными производственными процессами, производимыми за рубежом в таких странах, как Китай.
9. Экологичность
Поскольку эта технология снижает количество используемых материалов, этот процесс по своей сути является экологически чистым. Однако экологические преимущества расширяются, если учесть такие факторы, как повышение топливной экономичности за счет использования легких деталей, напечатанных на 3D-принтере.
10. Продвинутое здравоохранение
3D-печать используется в медицинском секторе для спасения жизней путем печати органов человеческого тела, таких как печень, почки и сердце.Дальнейшие достижения и применения развиваются в секторе здравоохранения, обеспечивая некоторые из самых больших достижений в использовании этой технологии.
Как и почти любой другой процесс, существует недостатков технологии 3D-печати , которые следует учитывать, прежде чем выбирать этот процесс.
1. Ограниченные материалы
Хотя с помощью 3D-печати можно создавать изделия из пластика и металлов, доступный выбор сырья не является исчерпывающим. Это связано с тем, что не все металлы или пластмассы можно контролировать в достаточной степени, чтобы обеспечить возможность 3D-печати.Кроме того, многие из этих материалов, пригодных для печати, не подлежат переработке, и лишь немногие из них безопасны для пищевых продуктов.
2. Ограниченный размер сборки
3D-принтерыв настоящее время имеют небольшие камеры для печати, которые ограничивают размер печатаемых деталей. Все, что больше, нужно будет распечатать отдельными частями и соединить вместе после изготовления. Это может увеличить затраты и время на изготовление более крупных деталей из-за того, что принтеру необходимо напечатать больше деталей, прежде чем ручной труд будет использован для соединения деталей.
3. Постобработка
Хотя большие детали требуют последующей обработки, как упоминалось выше, большинство деталей, напечатанных на 3D-принтере, нуждаются в какой-либо форме очистки, чтобы удалить поддерживающий материал из сборки и сгладить поверхность для достижения требуемой отделки. Используемые методы последующей обработки включают гидроабразивную обработку, шлифование, химическое замачивание и ополаскивание, воздушную или тепловую сушку, сборку и другие. Объем необходимой постобработки зависит от таких факторов, как размер производимой детали, предполагаемое применение и тип технологии 3D-печати, используемой для производства.Таким образом, в то время как 3D-печать позволяет быстро производить детали, скорость производства может быть снижена за счет постобработки.
4. Большие объемы
3D-печать — это статическая стоимость, в отличие от более традиционных методов, таких как литье под давлением, когда производство больших объемов может быть более рентабельным. Хотя первоначальные инвестиции в 3D-печать могут быть ниже, чем в другие методы производства, после масштабирования для производства больших объемов для массового производства стоимость единицы не снижается, как при литье под давлением.
5. Структура детали
С помощью 3D-печати (также известной как аддитивное производство) детали производятся послойно. Хотя эти слои слипаются, это также означает, что они могут расслаиваться под действием определенных напряжений или ориентации. Эта проблема более значительна при производстве изделий с использованием моделирования наплавлением (FDM), в то время как многоструйные и многоструйные детали также имеют тенденцию быть более хрупкими. В некоторых случаях может быть лучше использовать литье под давлением, поскольку оно создает однородные части, которые не будут разделяться и ломаться.
6. Сокращение производственных рабочих мест
Еще одним недостатком 3D-технологий является потенциальное сокращение человеческого труда, поскольку большая часть производства автоматизирована и выполняется принтерами. Однако многие страны третьего мира полагаются на низкоквалифицированные рабочие места, чтобы поддерживать свою экономику, и эта технология может поставить под угрозу эти производственные рабочие места, исключив потребность в производстве за рубежом.
7. Неточности конструкции
Другая потенциальная проблема с 3D-печатью напрямую связана с типом используемой машины или процесса, поскольку некоторые принтеры имеют более низкие допуски, что означает, что конечные детали могут отличаться от оригинального дизайна.Это можно исправить при постобработке, но следует учитывать, что это еще больше увеличит время и стоимость производства.
8. Проблемы авторского права
По мере того, как 3D-печать становится все более популярной и доступной, у людей появляется все больше возможностей создавать поддельные и контрафактные продукты, и будет почти невозможно различить разницу. Это имеет очевидные проблемы с авторским правом, а также с контролем качества.
Получите дополнительные советы по 3D-печати
Нужна помощь в определении того, подходит ли вам 3D-печать?
Свяжитесь с нашей командой ведущих мировых экспертов с более чем 20-летним опытом работы в области аддитивного производства.
Наши эксперты по технологиям помогают гарантировать, что наши клиенты применяют правильный технологический процесс в зависимости от требований каждого отдельного человека или компании:
Что такое 3D-печать? — Определение технологии и типы
Существует множество материалов для 3D-печати, включая термопласты , такие как акрилонитрил-бутадиенстирол (АБС), металлы (включая порошки), смолы и керамику .
Кто изобрел 3D-печать?
Самое раннее производственное оборудование для 3D-печати было разработано Хидео Кодама из Городского научно-исследовательского института промышленности Нагои, когда он изобрел два аддитивных метода изготовления 3D-моделей.
Когда была изобретена 3D-печать?
Основываясь на работе Ральфа Бейкера в 1920-х годах по изготовлению декоративных изделий (патент US423647A), ранняя работа Хидео Кодамы по быстрому прототипированию смолы с лазерным отверждением была завершена в 1981 году. Его изобретение было расширено в течение следующих трех десятилетий с появлением стереолитографии в 1984. Чак Халл из 3D Systems изобрел первый 3D-принтер в 1987 году, в котором использовался процесс стереолитографии. За этим последовали такие разработки, как, в частности, селективное лазерное спекание и селективное лазерное плавление.Другие дорогостоящие системы 3D-печати были разработаны в 1990-2000-х годах, хотя их стоимость резко упала, когда в 2009 году истек срок действия патентов, что открыло технологию для большего числа пользователей.
Существует три основных типа технологии 3D-печати; спекание , плавление и стереолитография .
- Спекание — это технология, при которой материал нагревается, но не до точки плавления, для создания изделий с высоким разрешением.Металлический порошок используется для прямого лазерного спекания металла, а термопластические порошки используются для селективного лазерного спекания.
- Плавление. Методы 3D-печати включают плавление в порошковом слое, плавление электронным лучом и прямое нанесение энергии. В них используются лазеры, электрические дуги или электронные лучи для печати объектов путем плавления материалов вместе при высоких температурах.
- Стереолитография использует фотополимеризацию для создания деталей. Эта технология использует правильный источник света для избирательного взаимодействия с материалом, чтобы отверждать и укреплять поперечное сечение объекта тонкими слоями.
Виды 3D печати
Процессы 3D-печати, также известные как аддитивное производство, были разделены на семь групп согласно ISO / ASTM 52900 Аддитивное производство — общие принципы — терминология. Все формы 3D-печати относятся к одному из следующих типов:
Распыление связующего
При струйной обработке связующего тонкий слой материала, например металла, полимерного песка или керамики, наносится на платформу для сборки, после чего печатающая головка наносит капли клея, связывая частицы вместе.Это строит деталь слой за слоем, и как только это будет завершено, может потребоваться постобработка для завершения сборки. В качестве примеров последующей обработки металлические детали могут быть термически спечены или пропитаны металлом с низкой температурой плавления, таким как бронза, в то время как полноцветные полимерные или керамические детали могут быть пропитаны цианоакрилатным клеем.
Струйная печать связующего материала может использоваться для множества применений, включая 3D-печать металлом, полноцветные прототипы и крупномасштабные керамические формы.
Прямое нанесение энергии
Прямое депонирование энергии использует сфокусированную тепловую энергию, такую как электрическая дуга, лазер или электронный луч, для плавления проволоки или порошкового исходного материала по мере его осаждения.Процесс проходит по горизонтали для создания слоя, а слои складываются вертикально для создания детали.
Этот процесс можно использовать с различными материалами, включая металлы, керамику и полимеры.
Экструзия материалов
Моделирование методом экструзии или наплавленного осаждения материала (FDM) использует катушку с нитью, которая подается в экструзионную головку с нагретым соплом. Экструзионная головка нагревает, размягчает и укладывает нагретый материал в заданных местах, где он охлаждается, образуя слой материала, платформа построения затем опускается, готовая к следующему слою.
Этот процесс экономичен и имеет короткие сроки выполнения, но также имеет низкую точность размеров и часто требует постобработки для получения гладкой поверхности. Этот процесс также имеет тенденцию создавать анизотропные детали, что означает, что они слабее в одном направлении и поэтому не подходят для критических приложений.
Струйная обработка материалов
Струйная печать работает аналогично струйной печати, за исключением того, что вместо нанесения чернил на страницу этот процесс наносит слои жидкого материала из одной или нескольких печатающих головок.Затем слои отверждаются перед тем, как процесс снова начнется для следующего слоя. Для струйной обработки материала требуется использование опорных конструкций, но они могут быть изготовлены из водорастворимого материала, который можно смыть после завершения сборки.
Точный процесс, струйная печать материала — один из самых дорогих методов 3D-печати, а детали имеют тенденцию быть хрупкими и со временем разрушаться. Однако этот процесс позволяет создавать полноцветные детали из различных материалов.
Порошковая кровать Fusion
Сплав в порошковом слое (PBF) — это процесс, в котором тепловая энергия (например, лазер или электронный луч) избирательно сплавляет области порошкового слоя, образуя слой, и слои накладываются друг на друга, чтобы создать деталь.Следует отметить, что PBF охватывает как процессы спекания, так и плавления. Основной метод работы всех систем порошкового слоя одинаков: лезвие или валик для повторного нанесения покрытия наносит тонкий слой порошка на платформу для сборки, затем поверхность порошкового слоя сканируется с помощью источника тепла, который выборочно нагревает частицы, чтобы связать их. вместе. После сканирования слоя или поперечного сечения источником тепла платформа перемещается вниз, чтобы процесс возобновился на следующем слое. Конечным результатом является объем, содержащий одну или несколько сплавленных частей, окруженных неповрежденным порошком.Когда сборка завершена, слой полностью поднимается, чтобы можно было удалить детали из неповрежденного порошка и начать любую необходимую постобработку.
Селективное лазерное спекание (SLS) часто используется для изготовления полимерных деталей и подходит для прототипов или функциональных деталей из-за производимых свойств, в то время как отсутствие поддерживающих структур (слой порошка действует как поддержка) позволяет создавать детали. со сложной геометрией. Изготовленные детали могут иметь зернистую поверхность и внутреннюю пористость, что означает необходимость последующей обработки.
Прямое лазерное спекание металла (DMLS), селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевая наплавка в порошковом слое (EBPBF) аналогичны SLS, за исключением того, что эти процессы создают детали из металла, используя лазер для послойного связывания частиц порошка. . В то время как SLM полностью расплавляет металлические частицы, DMLS только нагревает их до точки плавления, в результате чего они соединяются на молекулярном уровне. И SLM, и DMLS требуют опорных конструкций из-за высоких тепловыделений, необходимых для процесса. Эти опорные конструкции затем удаляются при постобработке вручную или с помощью обработки с ЧПУ.Наконец, детали могут быть подвергнуты термической обработке для снятия остаточных напряжений.
Как DMLS, так и SLM производят детали с превосходными физическими свойствами — часто более прочными, чем сам традиционный металл, и с хорошей обработкой поверхности. Их можно использовать с металлическими суперсплавами, а иногда и с керамикой, которую трудно обрабатывать другими способами. Однако эти процессы могут быть дорогостоящими, а размер производимых деталей ограничен объемом используемой системы 3D-печати.
Ламинирование листа
Ламинирование листов можно разделить на две разные технологии: производство ламинированных объектов (LOM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM).LOM использует чередующиеся слои материала и клея для создания предметов с визуальной и эстетической привлекательностью, в то время как UAM соединяет тонкие листы металла с помощью ультразвуковой сварки. UAM — это низкотемпературный процесс с низким энергопотреблением, который можно использовать с алюминием, нержавеющей сталью и титаном.
НДС Фотополимеризация
Фотополимеризация НДС может быть разбита на два метода; стереолитография (SLA) и цифровая обработка света (DLP). Оба этих процесса создают детали слой за слоем за счет использования света для выборочного отверждения жидкой смолы в чане.SLA использует одноточечный лазер или УФ-источник для процесса отверждения, в то время как DLP мигает одиночным изображением каждого полного слоя на поверхность ванны. После печати детали необходимо очистить от излишков смолы, а затем подвергнуть воздействию источника света для повышения прочности деталей. Любые опорные конструкции также необходимо удалить, и можно использовать дополнительную постобработку для создания более качественной отделки.
Идеально подходит для деталей с высокой точностью размеров, эти процессы позволяют создавать сложные детали с гладкой поверхностью, что делает их идеальными для изготовления прототипов.Однако, поскольку детали более хрупкие, чем моделирование методом наплавления (FDM), они менее подходят для функциональных прототипов. Кроме того, эти детали не подходят для использования на открытом воздухе, так как их цвет и механические свойства могут ухудшиться под воздействием ультрафиолетового излучения солнца. Необходимые опорные конструкции также могут оставлять пятна, которые необходимо удалить после обработки.
Революция в области трехмерной печати
Краткое описание идеи
Прорыв
Аддитивное производство, или трехмерная печать, готово преобразовать индустриальную экономику.Его чрезвычайная гибкость не только позволяет легко настраивать товары, но также исключает сборку и инвентаризацию, а также позволяет модернизировать продукты для повышения производительности.
Вызов
Управленческим командам следует пересмотреть свои стратегии по трем параметрам: (1) Как мы или конкуренты можем улучшить наши предложения? (2) Как нам изменить конфигурацию наших операций, учитывая бесчисленное множество новых возможностей для производства продуктов и деталей? (3) Как будет развиваться наша коммерческая экосистема?
Большая игра
Неизбежно возникнут мощные платформы для установления стандартов и облегчения обмена между дизайнерами, производителями и продавцами товаров с трехмерной печатью.Самые успешные из них будут процветать.
Промышленная 3-D печать находится на переломном этапе и скоро станет мейнстримом. Большинство руководителей и многие инженеры не осознают этого, но эта технология вышла далеко за рамки прототипирования, быстрого набора инструментов, безделушек и игрушек. «Аддитивное производство» создает прочные и безопасные продукты для продажи реальным клиентам в умеренных и больших количествах.
О начале революции свидетельствует опрос, проведенный PwC в 2014 году более чем в 100 производственных компаниях.На момент опроса 11% уже перешли на массовое производство деталей или продуктов с трехмерной печатью. По мнению аналитиков Gartner, технология становится «мейнстримом», когда уровень ее принятия составляет 20%.
Среди многочисленных компаний, использующих трехмерную печать для наращивания производства, являются GE (реактивные двигатели, медицинские устройства и детали бытовой техники), Lockheed Martin и Boeing (аэрокосмическая и оборонная промышленность), Aurora Flight Sciences (беспилотные летательные аппараты), Invisalign ( стоматологические устройства), Google (бытовая электроника) и голландская компания LUXeXcel (линзы для светодиодов или светодиодов).Наблюдая за этими разработками, McKinsey недавно сообщила, что трехмерная печать «готова выйти из своего нишевого статуса и стать жизнеспособной альтернативой традиционным производственным процессам во все большем числе приложений». В 2014 году объем продаж промышленных 3D-принтеров в США уже составлял одну треть от объема продаж промышленной автоматизации и роботов. По некоторым прогнозам, к 2020 году эта цифра вырастет до 42%.
Дополнительная литература
За этим последуют новые компании, поскольку ассортимент материалов для печати продолжает расширяться.Помимо основных пластиков и светочувствительных смол, они уже включают керамику, цемент, стекло, многочисленные металлы и металлические сплавы, а также новые термопластичные композиты, наполненные углеродными нанотрубками и волокнами. Превосходная экономика в конечном итоге убедит отстающих. Хотя прямые затраты на производство товаров с использованием этих новых методов и материалов часто выше, большая гибкость, обеспечиваемая аддитивным производством, означает, что общие затраты могут быть значительно ниже.
Поскольку этот революционный сдвиг уже происходит, менеджеры должны заниматься стратегическими вопросами на трех уровнях:
Во-первых, продавцы материальных товаров должны спросить, как их предложения можно улучшить, будь то сами они или конкуренты.Создание объекта слой за слоем в соответствии с цифровым «планом», загруженным на принтер, позволяет не только безгранично настраивать его, но и создавать более сложные конструкции.
Во-вторых, промышленные предприятия должны пересмотреть свои операций. Поскольку аддитивное производство создает множество новых вариантов того, как, когда и где производятся продукты и детали, какая сеть активов цепочки поставок и какое сочетание старых и новых процессов будет оптимальным?
В-третьих, лидеры должны учитывать стратегические последствия, поскольку целые коммерческие экосистемы начинают формироваться вокруг новых реалий трехмерной печати.Многое было сказано о том, что большие участки производственного сектора могут превратиться в бесчисленное количество мелких «производителей». Но это видение имеет тенденцию заслонять более надежное и более важное развитие: чтобы обеспечить интеграцию деятельности дизайнеров, производителей и поставщиков товаров, необходимо будет создать цифровые платформы. Сначала эти платформы позволят выполнять операции от дизайна до печати, а также делиться дизайном и быстро загружать его. Вскоре они будут координировать работу принтеров, контроль качества, оптимизацию сетей принтеров в реальном времени и обмен емкостью, а также другие необходимые функции.Наиболее успешные поставщики платформ будут значительно преуспевать, устанавливая стандарты и предоставляя условия, в которых сложная экосистема может координировать ответы на запросы рынка. Но рост этих платформ затронет каждую компанию. Между действующими игроками и новичками будет много споров, чтобы получить долю огромной ценности, которую создаст эта новая технология.
Эти вопросы составляют значительный объем стратегического мышления, и остается еще один: как быстро все это произойдет? Вот как быстро это может произойти для данного бизнеса : The U.По словам одного из генеральных директоров отрасли, промышленность слуховых аппаратов в США перешла на 100% аддитивное производство менее чем за 500 дней, и ни одна компания, придерживающаяся традиционных методов производства, не выжила. Менеджерам нужно будет определить, стоит ли ждать, пока эта быстро развивающаяся технология созреет, прежде чем делать определенные инвестиции, или риск ожидания слишком велик. Их ответы будут разными, но для всех можно с уверенностью сказать, что время для стратегического мышления настало.
Преимущества добавки
Трудно представить, что эта технология вытеснит современные стандартные способы производства вещей в больших количествах.Например, традиционные прессы для литья под давлением могут выплевывать тысячи деталей в час. Напротив, люди, наблюдавшие за работой трехмерных принтеров на рынке любителей, часто находят послойное наращивание объектов комично медленным. Но последние достижения в области технологий кардинально меняют ситуацию в промышленных условиях.
Кто-то может забыть, почему стандартное производство происходит с такой впечатляющей скоростью. Эти виджеты быстро исчезают, потому что заранее были вложены большие средства в создание сложного набора станков и оборудования, необходимого для их производства.Изготовление первого блока чрезвычайно дорогое, но по мере того, как следуют идентичные блоки, их предельная стоимость резко падает.
Аддитивное производство не предлагает ничего подобного экономии за счет масштабов производства. Однако он позволяет избежать недостатка стандартного производства — отсутствия гибкости. Поскольку каждый блок создается независимо, его можно легко модифицировать для удовлетворения уникальных потребностей или, в более широком смысле, для внесения улучшений или изменений в моде. И настроить производственную систему в первую очередь намного проще, потому что она включает в себя гораздо меньше этапов.Вот почему трехмерная печать так важна для изготовления единичных экземпляров, таких как прототипы и редкие запасные части. Но аддитивное производство становится все более целесообразным даже в более крупных масштабах. Покупатели могут выбирать из бесконечного количества комбинаций форм, размеров и цветов, и такая настройка мало увеличивает стоимость производителя, даже когда заказы достигают уровня массового производства.
Большая часть дополнительного преимущества заключается в том, что детали, которые раньше формовались отдельно, а затем собирались, теперь можно производить как одно целое за один цикл.Простой пример — солнцезащитные очки: трехмерный процесс позволяет пористости и составу пластиков различаться в разных областях оправы. Наушники получаются мягкими и гибкими, а оправы, удерживающие линзы, жесткие. Сборка не требуется.
Печать деталей и продуктов также позволяет разрабатывать их с более сложной архитектурой, такой как соты внутри стальных панелей или геометрии, ранее слишком мелкие для фрезерования. Сложные механические детали — например, набор шестерен в кожухе — можно изготавливать без сборки.Аддитивные методы могут использоваться для объединения деталей и создания более детализированного интерьера. Вот почему GE Aviation перешла на печать топливных форсунок некоторых реактивных двигателей. Предполагается, что компания будет выпускать более 45000 единиц одной и той же конструкции в год, поэтому можно предположить, что традиционные методы производства будут более подходящими. Но технология печати позволяет изготовить сопло, которое раньше собиралось из 20 отдельно отлитых деталей, как одно целое. GE заявляет, что это снизит стоимость производства на 75%.
американских компаний, производящих слуховые аппараты, перешли на 100% трехмерную печать менее чем за 500 дней.
В аддитивном производстве также можно использовать несколько сопел принтера для одновременной укладки различных материалов. Таким образом, Optomec и другие компании разрабатывают проводящие материалы и методы печати микробатарей и электронных схем непосредственно на поверхности бытовых электронных устройств или на них. Дополнительные приложения включают медицинское оборудование, транспортные средства, аэрокосмические компоненты, измерительные приборы, телекоммуникационную инфраструктуру и многие другие «умные» вещи.
Огромная привлекательность ограничения сборочных работ подталкивает оборудование для аддитивного производства к все большему росту. В настоящее время Министерство обороны США, Lockheed Martin, Cincinnati Tool Steel и Национальная лаборатория Ок-Ридж сотрудничают, чтобы разработать возможность печати большей части эндо- и экзоскелетов реактивных истребителей, включая корпус, крылья, внутреннюю конструкцию. панели, встроенная проводка и антенны, а вскоре и центральная несущая конструкция. Так называемое аддитивное производство на больших площадях делает возможным изготовление таких крупных объектов за счет использования огромного портала с компьютеризированным управлением для перемещения принтеров в нужное положение.Когда этот процесс будет сертифицирован для использования, единственной необходимой сборкой будет установка модулей электроники plug-and-play для навигации, связи, вооружения и электронных систем противодействия в отсеках, созданных в процессе печати. В Ираке и Афганистане военные США использовали дроны компании Aurora Flight Sciences, которая печатает весь корпус этих беспилотных летательных аппаратов — некоторые с размахом крыльев 132 фута — в одной сборке.
Трехмерная стратегия
Это краткое обсуждение преимуществ аддитивного производства показывает, с какой готовностью компании примут эту технологию, а дополнительная экономия на запасах, транспортировке и затратах на оборудование сделает доводы еще более убедительными.Из этого следует, что менеджеры компаний любого типа должны работать, чтобы предвидеть, как их бизнес будет адаптироваться на трех стратегических уровнях, упомянутых выше.
Предложения, переработанный.
Продуктовая стратегия — это ответ на самый главный вопрос бизнеса: что мы будем продавать? Компаниям нужно будет представить, как лучше обслуживать своих клиентов в эпоху аддитивного производства. Какие конструкции и функции теперь станут возможными, чего не было раньше? Какие аспекты можно улучшить, поскольку ограничения или задержки доставки были устранены?
Например, в аэрокосмической и автомобильной промышленности трехмерная печать чаще всего используется для повышения производительности.Раньше топливную экономичность реактивных истребителей и транспортных средств можно было повысить за счет уменьшения их веса, но это часто делало их менее прочными в конструктивном отношении. Новая технология позволяет производителям выдавливать деталь, чтобы сделать ее легче и экономичнее, а также включать внутренние структуры, обеспечивающие большую прочность на разрыв, долговечность и устойчивость к ударам. А новые материалы, обладающие большей термостойкостью и химической стойкостью, можно при необходимости использовать в различных местах продукта.
В других отраслях использование аддитивного производства для более специализированных и быстро развивающихся продуктов будет иметь разветвления для того, как будут продаваться предложения.Что происходит с концепцией поколений продуктов — не говоря уже о шумихе вокруг запуска — когда вещи можно постоянно обновлять во время последовательных печатных изданий, а не в качественных скачках, требуемых более высокими затратами на инструменты и временем настройки обычного производства? Представьте себе ближайшее будущее, в котором облачный искусственный интеллект расширяет возможности аддитивного производства по мгновенному изменению или добавлению продуктов без переоборудования. Становятся возможными изменения в продуктовой стратегии в реальном времени, такие как ассортимент продукции и дизайнерские решения.Какие новые преимущества должны стать ключевыми в обещаниях бренда при такой быстрой адаптации? И как отделы маркетинга могут предотвратить дрейф бренда без потери продаж?
Операции, повторно оптимизированы.
Операционная стратегия охватывает все вопросы о том, как компания будет покупать, производить, перемещать и продавать товары. В случае аддитивного производства ответы будут совсем другими. Повышение операционной эффективности — это всегда цель, но ее можно достичь разными способами. Сегодня большинство компаний, рассматривающих возможность использования этой технологии, проводят частичный финансовый анализ целевых возможностей замены трехмерного оборудования и конструкций, если это может снизить прямые затраты.Гораздо больший выигрыш будет получен, когда они расширят свой анализ, включив в него общие затраты на производство и накладные расходы.
Сколько можно сэкономить, исключив этапы сборки? Или сокращая запасы за счет производства только в ответ на реальный спрос? Или продавать разными способами — например, напрямую потребителям через интерфейсы, которые позволяют им определять любую конфигурацию? В гибридном мире старых и новых методов производства у производителей будет гораздо больше возможностей; им придется решить, какие компоненты или продукты переходить на аддитивное производство и в каком порядке.
Дополнительные вопросы возникнут по расположению объектов. Насколько близко они должны быть к каким клиентам? Каким образом можно доставлять индивидуализированные заказы так же эффективно, как они производятся? Должна ли печать быть централизованной на заводах или рассредоточена по сети принтеров у дистрибьюторов, розничных продавцов, на грузовиках или даже у клиентов? Возможно все вышеперечисленное. Ответы будут меняться в режиме реального времени, приспосабливаясь к изменениям валютных курсов, затрат на рабочую силу, эффективности и возможностей принтера, материальных затрат, затрат на электроэнергию и затрат на доставку.
Эта статья также встречается в:
Меньшее расстояние перемещения продуктов или деталей не только экономит деньги; это экономит время. Если вам когда-либо приходилось оставлять автомобиль в ремонтной мастерской, пока механик ждет запчасти, вы это оцените. BMW и Honda, среди других автопроизводителей, движутся к аддитивному производству многих промышленных инструментов и деталей конечного использования на своих заводах и в дилерских центрах, особенно по мере того, как новые материалы из металла, композитного пластика и углеродного волокна становятся доступными для использования в 3- Принтеры D.Дистрибьюторы во многих отраслях принимают к сведению, стремясь помочь своим бизнес-клиентам извлечь выгоду из новой эффективности. Например, компания UPS, опираясь на свой существующий логистический бизнес, превращает склады своих узловых аэропортов в мини-фабрики. Идея состоит в том, чтобы производить и доставлять заказчику детали по мере необходимости, вместо того, чтобы выделять акры стеллажей для огромных запасов. Если мы уже живем в мире управления запасами точно в срок, теперь мы видим, как это можно сделать с помощью JIT. Добро пожаловать в систему мгновенного управления запасами.
Действительно, учитывая всю потенциальную эффективность высокоинтегрированного аддитивного производства, управление бизнес-процессами может стать наиболее важной возможностью. Некоторые компании, которые преуспели в этой области, будут создавать собственные системы координации для обеспечения конкурентного преимущества. Другие примут и помогут сформировать стандартные пакеты, созданные крупными компаниями-разработчиками программного обеспечения.
Экосистемы, перенастроенные.
Наконец, возникает вопрос о том, где и как предприятие вписывается в более широкую бизнес-среду.Здесь менеджеры решают загадки «Кто мы?» и что нам нужно иметь, чтобы быть тем, кто мы есть? Поскольку аддитивное производство позволяет компаниям приобретать принтеры, которые могут изготавливать множество продуктов, и поскольку неиспользуемые мощности продаются другим компаниям, предлагающим различные продукты, ответы на эти вопросы станут гораздо менее однозначными. Предположим, у вас есть ряды принтеров на вашем предприятии, которые сегодня производят автозапчасти, завтра — военную технику, а завтра — игрушки. В какой отрасли вы работаете? Традиционные границы стираются.И все же менеджерам необходимо твердое представление о роли компании в мире, чтобы принимать решения о том, в какие активы они будут инвестировать — или от которых избавляться.
Aurora Flight Sciences может распечатать весь корпус дрона за одну сборку.
Они могут обнаружить, что их организации развиваются во что-то очень отличное от того, чем они были раньше. Поскольку компании освобождаются от многих логистических требований стандартного производства, им придется заново взглянуть на ценность своих возможностей и других активов, а также на то, как они дополняют или конкурируют с возможностями других.
Возможности платформы
Одна позиция в экосистеме окажется наиболее центральной и мощной — и этот факт не упускают из виду команды руководителей крупнейших игроков, уже работающих в сфере аддитивного производства, таких как eBay, IBM, Autodesk, PTC, Materialise, Stratasys и 3D-системы. Многие соперничают за разработку платформ, на которых будут строить и подключаться другие компании. Они знают, что роль поставщика платформы — это самая большая стратегическая цель, которую они могут преследовать, и что она все еще очень доступна.
Платформыявляются важной особенностью сильно оцифрованных рынков 21-го века, и аддитивное производство не станет исключением. Здесь владельцы платформ будут сильны, потому что со временем производство, скорее всего, будет иметь меньшее значение. Некоторые компании уже создают контрактные «фермы принтеров», которые эффективно превращают производство продукции в товар по запросу. Даже ценные дизайны для печатных продуктов, которые являются чисто цифровыми и легко распространяются, будет трудно удержать. (В этом отношении устройства трехмерного сканирования позволят реконструировать продукты путем сбора информации об их геометрическом дизайне.)
Каждый участник системы будет заинтересован в поддержке платформ, на которых производство динамически организовано, чертежи хранятся и постоянно улучшаются, поставки сырья контролируются и закупаются, а заказы клиентов принимаются. Те, кто контролирует цифровую экосистему, будут находиться в центре огромного объема промышленных транзакций, собирая и продавая ценную информацию. Они будут участвовать в арбитраже и делить работу между доверенными сторонами или передавать ее внутри компании, когда это необходимо.Они будут торговать мощностью принтеров и дизайном по всему миру, влияя на цены, контролируя или перенаправляя «поток сделок» для обоих. Как и товарные арбитражеры, они будут финансировать сделки или покупать дешево и продавать дорого, используя асимметричную информацию, которую они получают от наблюдения за миллионами транзакций.
Ответственность за приведение распределенных мощностей в соответствие с растущим рыночным спросом ляжет на небольшое количество компаний, и если вся система должна работать эффективно, некоторым придется подойти к ней.Ищите аналоги Google, eBay, Match.com и Amazon, которые станут поисковыми системами, платформами обмена, фирменными торговыми площадками и партнерами среди принтеров аддитивного производства, дизайнеров и дизайнерских репозиториев. Возможно, появится даже автоматическая торговля, наряду с рынками для торговли производными финансовыми инструментами или фьючерсами на мощность и дизайн принтеров.
По сути, тогда владельцы производственных активов на базе принтеров будут конкурировать с владельцами информации за прибыль, генерируемую экосистемой.И в довольно короткие сроки власть перейдет от производителей к крупным системным интеграторам, которые будут создавать фирменные платформы с общими стандартами для координации и поддержки системы. Они будут способствовать инновациям за счет открытых источников и приобретения или установления партнерских отношений с небольшими компаниями, которые соответствуют высоким стандартам качества. Небольшие компании действительно могут продолжать опробовать новые интересные подходы на полях, но нам понадобятся крупные организации, которые будут наблюдать за экспериментами, а затем подтолкнуть их к тому, чтобы они были практичными и масштабируемыми.
Репликация цифровой истории
Думая о разворачивающейся революции в аддитивном производстве, трудно не задуматься об этой великой преобразующей технологии — Интернете. Что касается истории последнего, было бы справедливо сказать, что аддитивное производство появилось только в 1995 году. В том году был высокий уровень ажиотажа, но никто не предполагал, как изменится торговля и жизнь в ближайшее десятилетие с появлением Wi-Fi. , смартфоны и облачные вычисления. Мало кто предвидел тот день, когда искусственный интеллект и программные системы на базе Интернета смогут управлять заводами и даже городской инфраструктурой лучше, чем люди.
Будущее аддитивного производства принесет аналогичные сюрпризы, которые в ретроспективе могут выглядеть логичными, но сегодня их сложно представить. Представьте, как новые высокопроизводительные принтеры могут заменить высококвалифицированных рабочих, переводя целые компании и даже страны с производственными предприятиями на производство без людей. В «машинных организациях» люди могут работать только для обслуживания принтеров.
И это будущее наступит быстро. Как только компании начинают действовать и ощутить преимущества большей производственной гибкости, они склонны нырять вглубь.По мере того, как материаловедение создает больше материалов для печати, за ними последуют все больше производителей и продуктов. Local Motors недавно продемонстрировала, что может напечатать красивый родстер, включая колеса, шасси, кузов, крышу, внутренние сиденья и приборную панель, но еще не трансмиссию, снизу вверх за 48 часов. Когда он поступит в производство, родстер, включая трансмиссию, будет стоить примерно 20 000 долларов. Поскольку стоимость трехмерного оборудования и материалов падает, оставшиеся преимущества традиционных методов в виде экономии на масштабе становятся второстепенным фактором.
Local Motors может напечатать красивый родстер снизу доверху за 48 часов.
Вот что мы можем с уверенностью ожидать: в течение следующих пяти лет у нас будут полностью автоматизированные, высокоскоростные системы аддитивного производства в больших количествах, которые будут экономичными даже для стандартизированных деталей. Вследствие гибкости этих систем в дальнейшем возникнет тенденция к адаптации или фрагментации многих категорий продуктов, что еще больше сократит долю рынка традиционного массового производства.
Умные бизнес-лидеры не ждут, пока откроются все подробности и обстоятельства. Они достаточно ясно видят, что разработки в области аддитивного производства изменят способ проектирования, производства, покупки и доставки продукции. Они делают первые шаги в модернизации производственных систем. Они предвидят претензии, которые они поставят на новую экосистему. Они принимают множество решений, которые принесут пользу в новом мире трехмерной печати.
Версия этой статьи появилась в выпуске за май 2015 г. (стр. 40–48) журнала Harvard Business Review .25 (Неожиданно) Примеры использования 3D-печати
Несколько лет назад шумиха вокруг индустрии 3D-печати казалась оглушительной. Комментаторы объявили о появлении новой технологии, способной произвести революцию во всех отраслях, от медицины до разработки продуктов и производства. Возможности были неоспоримы, несмотря на молодость технологии и относительно небольшое количество вариантов использования, которые были жизнеспособными на тот момент.
Со времени того раннего цикла ажиотажа процессы 3D-печати неуклонно совершенствовались, и теперь мы начали видеть инструменты 3D-печати, которые когда-то были доступны лишь нескольким высокотехнологичным отраслям, но стали доступными для более широкого круга предприятий.
Загрузите полноразмерную инфографику, чтобы увидеть, как изменилась индустрия аддитивного производства за последнее десятилетие.
3D-печать, также известная как аддитивное производство, создает трехмерные компоненты из моделей САПР. Он имитирует биологический процесс, слой за слоем добавляя материал для создания физической части.С помощью 3D-печати вы можете создавать функциональные формы, используя меньше материалов, чем традиционные методы производства.
Результатом того, что 3D-печать стала более доступной, стало то, что огромное количество отраслей начинают ощущать прорыв. Поскольку рабочий процесс 3D-печати позволяет как отдельным лицам, так и организациям контролировать свои собственные процессы проектирования и производства, появляется все больше и больше вариантов использования.
Читайте дальше, чтобы узнать о 25 (часто неожиданных) сценариях использования 3D-печати, которые показывают, насколько широко используется эта технология.
Автомобильная промышленность уже несколько десятилетий использует потенциал 3D-печати. 3D-печать чрезвычайно полезна для быстрого создания прототипов и доказала свою способность значительно сократить время проектирования и сроки изготовления новых моделей автомобилей.
3D-печать также расширила производственный процесс в отрасли. Изготовленные на заказ приспособления, приспособления и другие инструменты, которые могут потребоваться для одной детали автомобиля, особенно когда речь идет о высокопроизводительных машинах, когда-то требовали набора нестандартных инструментов, увеличивая стоимость и делая процесс в целом все более и более сложным.
С помощью 3D-печати можно создавать специальные приспособления и другие детали небольшого объема непосредственно для производственной линии. Производители могут сократить время выполнения заказа до 90% и снизить риски за счет интеграции процессов 3D-печати. Благодаря оптимизации собственного производства производственный процесс в целом становится более эффективным и прибыльным.
На производственном предприятии Pankl Racing Systems инженеры используют изготовленные на 3D-принтере специальные приспособления для изготовления мотоциклетного снаряжения.
По мере того, как качество цифрового рабочего процесса продолжает повышаться, поскольку материалы становятся лучше, а процессы становятся более доступными, мы будем видеть все больше и больше деталей, напечатанных на 3D-принтере, в автомобилях, что расширяет возможности для настройки дизайна и приводит к повышению производительности.Еще немного дальше, но некоторые компании уже работают над полностью 3D-печатными автомобилями.
3D-печать запускает революцию в дизайне ювелирных изделий. Создание 3D-печатных изделий, которые имели бы внешний вид и ощущения, сравнимые с традиционными ручными и литыми ювелирными изделиями, когда-то было сложной задачей. Однако после последнего раунда достижений в специализированных программах 3D-моделирования высокого класса и с появлением большего количества предлагаемых материалов для печати все больше и больше дизайнеров ювелирных изделий теперь предпочитают 3D-модели и печать своих дизайнов традиционным методам ручной работы.
Ювелирные 3D-принтеры создают изделия из смолы или воска на основе 3D-модели ювелирного дизайна. Цифровые модели легко редактируются, что делает создание прототипов ювелирных изделий с помощью 3D-печати невероятно дешевым и удобным.
В результате покупательский опыт становится более осязательным — теперь клиенты могут примерить прототипы предметов, которые они помогли разработать, чтобы убедиться, что они выглядят и ощущаются как раз перед покупкой.
Окончательный дизайн можно затем напечатать на 3D-принтере и отлить в форме, используя тот же рабочий процесс, что и при работе с традиционными ювелирными изделиями.Результаты могут быть ошеломляющими:
Ювелирные изделия, отлитые с использованием трехмерного печатного шаблона, изготовленные с помощью стереолитографии (SLA). Технология трехмерной печати.
Благодаря цифровому рабочему процессу, дополняющему традиционные методы производства, и появлению в мастерской все большего числа новых дизайнеров, обладающих навыками CAD / CAM, ювелирные изделия на заказ быстро становятся более доступными, что позволяет производителям ювелирных изделий и розничным торговцам налаживать более тесные отношения со своими клиентами.
Все, что может изменить методы проектирования и производства, как 3D-печать, обязательно вызовет волну в производстве.Но есть потенциальные преимущества у использования 3D-печати в этой области, которые труднее визуализировать.
Одно из них — перенос производства. В последние десятилетия в обрабатывающей промышленности США наблюдается явный спад, поскольку фирмы переводят операции за границу, чтобы воспользоваться преимуществами более низкой стоимости рабочей силы. Коммерческий смысл этого шага неоспорим, поскольку «инструмент, сделанный в Китае или Вьетнаме, может стоить от 10 000 до 50 000 долларов США меньше, чем инструмент, сделанный в США».
Оффшоринг, тем не менее, имеет свои недостатки в дизайне и производственном процессе.Сроки выполнения заказов часто бывают долгими, а импорт продукции из-за границы обходится дорого и не наносит вреда окружающей среде.
3D-печать с ее способностью создавать более сложные конструкции может снова превратить оншоринг в привлекательную перспективу. Его полезность для процесса проектирования, способность резко сократить время выполнения заказа и повысить эффективность — все это делает собственное производство снова жизнеспособным.
Последствия потери или поломки частей продуктов или устройств могут варьироваться от неудобных до катастрофических.
3D-печать оставит в прошлом те дни, когда приходилось платить непомерные расходы на ремонт или выбрасывать в основном работающее устройство, позволяя потребителям производить замену и запасные части.
Инженеры Ashley Furniture использовали 3D-печать, чтобы заменить вакуумное фиксирующее кольцо на станке для точечного сверления. Вместо того, чтобы покупать весь модуль за 700 долларов, они смогли выполнить 3D-сканирование детали, чтобы зафиксировать геометрию, и напечатать заменяющую деталь за 1 доллар.
Цифровой рабочий процесс означает, что дорогостоящее хранение редко заказываемых запасных частей больше не будет проблемой для производителей, а у потребителей появится шанс на замену даже снятых с производства компонентов.
Минимизация веса — это основной способ, с помощью которого 3D-печать позволила аэрокосмической отрасли значительно сэкономить. Меньший объем компонентов, необходимых для 3D-печатной конструкции детали, приводит к тому, что детали становятся легче в целом — это, казалось бы, небольшое изменение в производстве положительно влияет на полезную нагрузку самолета, выбросы, расход топлива, скорость и безопасность, при этом заметно сокращая производство. трата. Как и во многих других областях, рабочий процесс также позволяет производить компоненты, слишком сложные для традиционных методов.
Инженеры GE напечатали на 3D-принтере топливную форсунку и сумели объединить 20 деталей в единый блок, который весил на 25% меньше, чем его предшественники, и был более чем в пять раз прочнее. (Источник: GE)
Компании вроде GE, Boeing и Airbus подтвердили ценность 3D-печати и уже внедряют тысячи 3D-печатных деталей в свои корабли.
Поскольку очки подходят для всех форм лица, они также являются отраслью, которая явно выигрывает от безграничных возможностей 3D-печати для настройки.Новые конструкции, предназначенные для оптимизации комфорта и качества дизайна, могут быть, как и везде, быстро прототипированы с использованием 3D и произведены с меньшими затратами и с большим удобством для клиента.
В результате получаются более легкие, более удобные очки, производимые с минимальным количеством отходов. Некоторые компании в этой области даже используют атрибуты производства 3D-печати, чтобы побудить клиентов создавать свои собственные очки, что отлично подходит для повышения лояльности к бренду и расширения возможностей потребителей.
Отрасль спортивной обуви долгое время полагалась на технологии для оптимизации производительности своей продукции, и благодаря цифровому рабочему процессу у них есть больше возможностей для настройки, чем когда-либо.
Две модели обуви ограниченного выпуска с напечатанной на 3D-принтере межподошвой, разработанной New Balance и напечатанной на 3D-принтере с использованием технологии 3D-печати Formlabs SLA.
Крупные бренды, такие как New Balance, Adidas и Nike, осознав силу аддитивного производства, намереваются массово производить нестандартные межподошвы из материалов, напечатанных на 3D-принтере. Как и в других отраслях, здесь цифровой рабочий процесс будет дополнять традиционные методы производства — критически важные, настраиваемые компоненты каждого продукта будут доверены 3D-печати, а остальные оставлены традиционным средствам.
В области с такой страстной базой потребителей 3D-печать также напрямую расширяет возможности клиентов. Это позволит потребителям создавать собственную обувь как для личного, так и для широкого потребления. Вирусный потенциал этого аспекта 3D-печати уже используется брендами.
Одна из областей, в которой коммерческий и художественный потенциал 3D-печати, вероятно, столкнется, — это мода и умная одежда. По мере увеличения количества материалов и текстиля, которые можно использовать в трехмерном рабочем процессе, дизайнерам будет предоставлен огромный спектр новых возможностей.
Технология 3D-печати может не только изменить производство текстиля, но также даст возможность создавать новые ткани, например, пуленепробиваемые, огнестойкие и способные сохранять тепло. Эта конкретная ветвь 3D-рабочего процесса еще не доведена до совершенства, но в ближайшем будущем мы увидим, как 3D-печать выйдет из музеев, а от кутюр в бутики.
Художники, наделенные возможностями рабочего процесса, также использовали трехмерную умную одежду в качестве «персонализированной, носимой, управляемой данными скульптуры» с художественной целью.
Создание моделей — еще одна нишевая практика, для которой идеально подходит рабочий процесс 3D. Там, где реалистичные репродукции когда-то были чрезмерно дорогими или невозможными для моделирования, качество детализации и отделки, достигаемое с помощью методов 3D-печати, сделало производство реалистичных, детализированных миниатюр и масштабных моделей более доступным и легким.
CAD может легко решить ранее сложные задачи моделирования, давая возможность дизайнерам по существу реконструировать такую сложную конструкцию, как двигатель, с помощью 3D-сканирования или ракет SpaceX.
Внутренний производственный аспект цифрового рабочего процесса позволяет бизнесу, который вращается вокруг пользовательского моделирования, масштабироваться на традиционно нишевом рынке. Например, обширная интеграция настольных 3D-принтеров DM-Toys позволила им как разрушить давний европейский рынок модельных железных дорог, так и доставлять клиентам товары быстрее и дешевле.
3D-печать идеально подходит для создания реалистичных, детализированных миниатюр и масштабных моделей.
Универсальность и широкая степень настройки, возможная с помощью 3D-печати, означает, что она очень полезна в сферах медицины.Мы уже видели, как это начало трансформировать сферу аудиологии. Специалисты по слуху и лаборатории по изготовлению ушных форм уже много лет используют эту технологию для производства больших объемов специализированных ушных изделий, таких как слуховые аппараты, защитные заглушки и наушники.
3D-печать идеально подходит для аудиологии, поскольку предлагает возможности настройки без дополнительных затрат, что раньше было сложным и дорогостоящим при использовании традиционных методов.
По мере того, как технология становится более доступной, мы будем видеть все больше и больше потребительских приложений, таких как индивидуальные наушники: процесс будет таким же простым, как посещение магазина, сканирование ушей и 3D-печать ваших индивидуальных наушников.
Как и в случае с ювелирными изделиями, с помощью 3D-печати можно создавать множество сложных дизайнов с низкими затратами и сокращать время выполнения заказа. Всем этим можно управлять с помощью принтера, достаточно маленького, чтобы поместиться на рабочем столе. Аудиологи наблюдают снижение производственных затрат и сокращение их потребности в аутсорсинге (что важно для малых предприятий).
Пара наушников, изготовленных по индивидуальному заказу, изготовленных с использованием технологии 3D-печати Formlabs.
Клиенты напрямую почувствуют преимущества, поскольку благодаря чрезвычайно точной настройке своих 3D-печатных аудиоустройств они могут рассчитывать на новые степени специализации и комфорта в своих наушниках.
Стоматология также была одним из самых известных пользователей 3D-печати, настольные 3D-принтеры становятся все более распространенным явлением в стоматологических лабораториях и клиниках. Фактически, популярные прозрачные выравниватели, термоформованные на 3D-печатных формах, возможно, являются самым успешным применением 3D-печати, которое мы видели на сегодняшний день.
Постоянно создавать высококачественные и доступные стоматологические продукты оказалось непросто из-за уникальности каждого стоматологического случая и большого количества возможностей для человеческой ошибки.Цифровые рабочие процессы в стоматологии открывают возможности для большей согласованности, точности и точности, чем раньше. Интраоральное цифровое сканирование оттисков может предоставить технические специалисты гораздо более точные данные, позволяя легко создавать воспроизводимые модели с помощью 3D-печати и повышать эффективность как в стоматологической практике, так и в лаборатории.
Стоматологические 3D-принтеры в основном используют процессы 3D-печати на основе смолы, такие как SLA или цифровая световая обработка (DLP), для создания различных показаний, таких как хирургические шаблоны, стоматологические модели, формы для прозрачных выравнивателей, зубные протезы или литые модели для коронок и т. Д. мосты быстро, с повышенной точностью и более низкой стоимостью, чем традиционные методы.
Результатом для клиента является множество стоматологических продуктов, которые лучше подходят и работают лучше, с более высоким клиническим признанием пациента. Время, сэкономленное за счет оптимизированного рабочего процесса, приводит к повышению производительности, снижению материальных затрат и лучшим результатам для пациентов.
Ассортимент стоматологических товаров, изготовленных с использованием стереолитографической технологии 3D-печати. Влияние
3D-печати не ограничивается улучшением рабочих процессов или обеспечением быстрого прототипирования.Он также может напрямую изменить жизнь. Поскольку 30 миллионов человек во всем мире нуждаются в протезах и скобах, есть надежда, что 3D-печать может предоставить новые решения, в которых стоимость и технические характеристики традиционно были препятствиями.
Существует глобальная нехватка протезов относительно спроса, а время и финансовые затраты, необходимые для приобретения необходимого протезирования, могут оказаться непомерно высокими, особенно с учетом степени индивидуальной настройки и высокой потребности в протезах, например, в развивающихся странах.Протезы и скобы, изготовленные не по спецификации, могут в конечном итоге вызвать дискомфорт у тех, кому они должны помогать и расширять возможности.
3D-печать может стать доступной альтернативой, которая, как и многие другие достижения медицины, может обеспечить терапию, которая в большей степени соответствует потребностям пациента. Доступность и настраиваемость методов 3D-печати могут глубоко изменить качество жизни к лучшему для тех, кто страдает от травм или инвалидности, как мы видели в этой истории об отце и сыне.
Ортезы можно индивидуально адаптировать к потребностям каждого пациента с помощью 3D-печати.
3D-печать также может помочь изменить ситуацию в ключевые моменты хирургической операции. Врачи могут сканировать пациента перед операцией и создавать индивидуальные 3D-печатные анатомические модели для планирования и практики операции.
Например, исследователи из университетской клиники Любека снизили риски при операциях на головном мозге с помощью 3D-печати артерий. В других странах медицинские работники удвоили объемы 3D-печати, чтобы создавать быстрые и реалистичные 3D-хирургические модели.
В хирургических случаях 3D-печать может значительно улучшить существующие физические методы — например, менее точное использование камер для оценки состояния органа в режиме реального времени. Объединив аспекты цифрового рабочего процесса с использованием компьютерной инженерии и визуализации данных, врачи смогли создать эти тщательно смоделированные объекты и работать с новыми степенями точности и осторожностью в момент лечения.
3D-печать также сделала реальностью ранее невозможные операции.Замена верхней челюсти, формирование нового черепа и замена раковых позвонков — все это было немыслимо до появления передовых технологий трехмерной визуализации и печати, но благодаря этому теперь успешно выполняются.
Модель стопы пациента, сделанная в соответствии со спецификациями с помощью 3D-печати, используется для подготовки врачей к сложным случаям.
Несмотря на то, что технология 3D-печати развивалась за последние несколько лет, в настоящее время разрабатываются еще более эффективные и, казалось бы, маловероятные варианты ее использования.Печатные органы — одно из них.
Возможность легко создавать новые органы на протяжении десятилетий была мечтой ученых, работающих в области регенеративной медицины. Хотя он все еще находится на ранней стадии, использование трехмерного рабочего процесса для создания органической ткани, подходящей для трансплантации, приносит первые плоды. Такие компании, как Organovo, и различные другие лаборатории и стартапы по всему миру сделали создание ткани печени с помощью 3D-печати одним из приоритетов своих исследований.
Создание 3D-органов сосредоточено вокруг практики биопечати, специализированного ответвления 3D-печати, которая берет клетки от доноров, превращает их в биочернила, пригодные для печати, а затем наслаивает и культивирует их в зрелую ткань, готовую к трансплантации органов.
Потенциальные преимущества возможности использования технологии 3D-печати для трансплантации необходимых органов неисчислимы. Более того, они еще могут проложить путь к еще большим успехам в регенеративной медицине, предлагая новые безопасные способы разработки и тестирования лекарств, которые могут лечить заболевания органов и вообще предотвращать необходимость в трансплантации органов.
Поскольку отрасль уже основана на геометрическом дизайне, прототипировании и моделировании, архитектура может значительно выиграть от достижений в технологии 3D-печати.Мы видели, как цифровой рабочий процесс создает сложные архитектурные масштабные модели во всех деталях, улучшая этап 3D-моделирования архитектурного проектирования.
Помимо экономии времени во время производства модели, модели, напечатанные на 3D-принтере, позволяют архитекторам с гораздо большей уверенностью предвидеть влияние определенных конструктивных особенностей, например, видя модель, созданную с более полным набором материалов, архитектор может измерить такие аспекты, как легкий поток через структуру с более высокой точностью.
Высокая презентационная ценность такой точной модели также означает, что 3D-печать может быть незаменимым коммерческим инструментом для фирм, стремящихся выиграть проекты и комиссионные, демонстрируя все атрибуты своего дизайна.
Цифровая модель архитектурного плана рядом с масштабной моделью, созданной с помощью 3D-печати.
Бум «аддитивного искусства» постепенно рос за последнее десятилетие или около того, и мы видели, как методы 3D-печати проникают в различные уголки мира искусства, от произведений искусства до скульптур, пригодных для Смитсоновского института.
Использование систем 3D-сканирования фотографий для создания физических произведений искусства, процессы 3D-печати могут предоставить клиентам множество новых возможностей выбора.Эти разработки дали как художникам, так и клиентам некую новую творческую силу — все, что они могут придумать и спроектировать, они могут произвести и в соответствии с очень подробными стандартами.
3D-печать уже интегрирована в производство голливудских фильмов и широко используется для создания практических визуальных эффектов и костюмов.
В то время как создание самых фантастических существ в фильме когда-то требовало кропотливой ручной работы, возросшие требования к срокам и времени современного кинопроизводства сделали более быстрый метод создания практических эффектов жизненно важным.Студии эффектов, такие как Aaron Sims Creative, теперь используют гибридный подход, практическое создание эффектов, усиленное цифровым рабочим процессом, для создания новых возможностей для совместной работы и сокращения сроков реализации идей.
Загляните за кулисы и посмотрите, как Aaron Sims Creative (ASC) использовал 3D-печать для создания монстра Stranger Things.
Художественный потенциал 3D-печати не ограничивается физическими произведениями искусства. Он также способен привнести совершенно новые измерения в такие формы, как танец и музыка.
Например, рассмотрим напечатанные на 3D-принтере носимые «инструменты», разработанные Джозефом Маллоком и Яном Хаттвиком из Университета Макгилла. Используя передовые сенсорные технологии, они превращают движение, ориентацию и прикосновение в музыку.
3D-печать может даже разрушить отрасли, которые годами или столетиями находились в статичной парадигме.
Например, производство скрипок не менялось в течение нескольких сотен лет — это полностью ручной процесс мастеров, поскольку автоматизированное производство оказалось неспособным произвести инструмент с необходимым качеством отделки.
Благодаря точности детализации, на которую способна 3D-печать, мы стали свидетелями того, как индустрия, которую трудно сломать, подорвалась.
Брайан Чан, инженер Formlabs, создал полнофункциональную акустическую скрипку с использованием белой смолы Formlabs. Результат был не только реалистичным, но и полностью воспроизводимым.
Поскольку в прошлом настройка и спецификация музыкальных инструментов была дорогостоящей, возможности 3D-печати должны привести к ключевым изменениям на рынке, поскольку становятся возможными новые и ценные конструкции, потенциально открывая путь для создания совершенно новых инструментов.
3D-сканирование, CAD и 3D-печать были использованы для восстановления работ некоторых из самых известных художников в истории, возвращая таким работам, как Микеланджело и да Винчи, их былую славу.
После оценки текущего состояния данного произведения искусства его можно отсканировать и смоделировать в цифровом виде. Возможность непреднамеренной интерпретации сводится к минимуму за счет использования существующих частей произведения в качестве основы для последующей реставрации. Реставраторы могут получить доступ к огромному количеству данных о потенциальных проблемах, а также об улучшениях, сопровождаемых документацией, дизайном форм и восстановлением.
Реконструированные детали, напечатанные на 3D-принтере, на этом реликварии из нескольких материалов видны только в ультрафиолетовом свете.
Из-за сложности задействованных функций и отсутствия методов, которые могли бы гарантировать безопасное и надежное восстановление, многие предыдущие попытки реставрации были отвергнуты как невозможные. Теперь, с помощью цифрового рабочего процесса, возможны даже невероятно сложные реставрации из нескольких материалов, как эта, проводимая в Museo Tesoro dei Granduchi во Флоренции.
3D-печать потенциально полезна как при реконструкции, так и при производстве. Работа судебно-медицинского эксперта часто затрудняется из-за неполных доказательств. Цифровые технологии могут иметь огромное значение в юридических расследованиях и могут расширить возможности судебно-медицинских экспертов по воссозданию точных моделей лиц, представляющих интерес, или потерпевших.
Цифровой рабочий процесс здесь включает преобразование компьютерной томографии в 3D-отпечатки для облегчения идентификации. Например, когда исследователи находят в качестве доказательства только часть черепа, принтер может смоделировать и воспроизвести весь образец.
Реконструкция внешнего вида жертв преступлений уже сыграла ключевую роль в достижении справедливости, еще раз доказав полезность 3D-печати, выходящую за рамки соображений дизайна и производственной эффективности.
Палеонтологи получат полевой день с 3D-печатью, так как это может помочь завершить скелеты динозавров, напечатав неуловимые отсутствующие кости.
Сотрудники Смитсоновского музея недавно провели эксперимент, напечатав недостающие кости тираннозавра в точном соответствии со спецификациями.Трехмерный рабочий процесс позволил команде широко и безопасно экспериментировать с использованием программного обеспечения для моделирования, сэкономить время и снизить риск для целостности реального скелета.
Поскольку возможности 3D-печати быстро развивались за последнее десятилетие, некоторые из наиболее захватывающих и неожиданных вариантов использования рабочего процесса — это те, которые, хотя и не сразу осуществимы, вскоре станут правдоподобной реальностью.
Настольная 3D-печать ограничивается производством более мелких предметов, в то время как аддитивный рабочий процесс в масштабе производства может производить гораздо более крупные функциональные компоненты.В последние несколько лет были предприняты различные инициативы по созданию домов и более крупных структур, которые полностью являются продуктом 3D-печати, открывая новые горизонты в устойчивой жизни и строительстве.
Технология 3D-печати дает архитекторам свободу формы даже при использовании ранее менее податливых строительных материалов, таких как бетон. В более широком смысле, это позволяет строить полностью экологичные и энергоэффективные дома, которые также соответствуют современным стандартам комфорта. Таким образом, строительство может быть полностью безотходным и обеспечивать очень низкие коммунальные расходы.
В феврале 2019 года техасская компания Sunconomy объявила о планах продать первый в мире дом, полностью напечатанный на 3D-принтере. Это будет выглядеть примерно так.
MX3D используют многоосевой цифровой рабочий процесс для печати моста из нержавеющей стали, который вскоре будет установлен через канал Аудезийдс Ахтербургвал в Амстердаме. (источник: MX3D)
Потеря исторических артефактов кажется ужасной, потому что их невозможно воссоздать. Разрушение многих сирийских объектов наследия, таких как древний город Пальмира, руками ИГИЛ, казалось, представляет собой темный и необратимый шаг назад.Благодаря поступательным шагам в области 3D-печати мы скоро сможем воссоздать и сохранить славу прошлого.
В рамках проекта «База данных миллионов изображений» проводится кампания по воссозданию разрушенных руин Пальмиры с помощью 3D-печати. Он использует 3D-модели сайта, собранные из фотографий, для создания воссозданных изображений, которые по масштабу и деталям соответствуют истории. Не менее увлекательно, но те же методы моделирования могут быть расширены, чтобы защитить великие шедевры художественной истории от потенциальной потери.
В будущем 3D-печать не только преобразит производство и дизайн, но и сможет сыграть важную роль в делах международного и исторического значения.
Имея один из самых высоких барьеров для входа в любую отрасль в мире, космические путешествия могут быть одной из самых удивительных областей инноваций в 3D-печати.
Аэрокосмический стартап Relativity протестировал создание алюминиевых ракетных двигателей с использованием аддитивного производства. В случае успеха это приложение резко сократит затраты и практические трудности космических путешествий, открыв поле для нового бизнеса и открыв огромный потенциал для роста.
Космический корабль Crew Dragon от SpaceX, оснащенный двигателями SuperDraco, напечатанными на 3D-принтере, впервые совершил полет в марте 2019 года. (Источник: SpaceX)
Выбор SpaceX в отношении 3D-печати был принят с учетом способности технологии сокращать затраты и сокращать отходы. а также сохранить гибкость производственного процесса. Было доказано, что камера сгорания двигателя, также изготовленная с помощью 3D-печати, обладает превосходной прочностью, пластичностью и сопротивлением разрушению по сравнению с обычными материалами.
Мы даже видели, как 3D-печать использовалась в космосе, когда НАСА использовало 3D-принтер для создания ключа с храповым механизмом на борту Международной космической станции, первого инструмента такого рода, который будет произведен в космосе.