2 Аддитивные технологии в машиностроении

2.1 Производство деталей и узлов

Аддитивные технологии находят широкое применение в машиностроении благодаря своей способности создавать сложные и прочные изделия с минимальными затратами материалов и времени. Производство деталей и узлов с использованием 3D-печати открывает новые возможности для проектирования, оптимизации конструкции и снижения веса изделий.

Современные методы 3D-печати позволяют изготавливать как простые компоненты, так и сложные функциональные узлы.

Например, это изготовление уникальных и малосерийных деталей. В традиционном производстве изготовление одной детали требует дорогостоящих пресс-форм или оснастки. Аддитивные технологии позволяют быстро напечатать нужный компонент без дополнительных затрат. Это особенно важно для авиационной и космической промышленности, где требуется производство уникальных деталей в ограниченных количествах.

Аддитивные технологии позволяют так же оптимизировать конструкцию и снизить вес. 3D-печать позволяет создавать изделия со сложной внутренней структурой, например, сотовыми или решетчатыми конструкциями, которые сохраняют прочность, но значительно уменьшают вес детали. Такой подход активно используется в автомобилестроении и авиастроении, где снижение веса ведёт к повышению топливной эффективности.

Бывают случаи, когда определённые детали больше не выпускаются производителем или нет возможности обратиться к производителю за запасной деталью. В таком случае 3D-моделирование и печать очень экономичный и эффективный способ изготовления детали для замены.

Некоторые узлы могут быть напечатаны целиком, без необходимости сборки из нескольких частей. Это особенно полезно для сложных конструкций, таких как: гидравлические коллекторы и теплообменники, турбинные и компрессорные лопатки шестерни, крепёжные элементы, корпуса и другие узлы механизмов.

2.2 Быстрое прототипирование

Быстрое прототипирование (rapid prototyping) — это процесс быстрой разработки физической модели или прототипа, который используется для проверки, анализа и оптимизации дизайна изделия на ранних стадиях разработки. Аддитивные технологии являются основой этого процесса, так как они позволяют создавать прототипы с минимальными затратами времени и материалов.

Быстрое прототипирование с использованием аддитивных технологий позволяет значительно ускорить процесс разработки и тестирования новых изделий в машиностроении. Это даёт возможность оптимизировать конструкции, сэкономить ресурсы и деньги, а также повысить гибкость разработки. Использование 3D-печати для создания прототипов открывает новые горизонты для инженеров и дизайнеров, делая процесс создания высококачественных изделий более доступным и эффективным.

Быстрое прототипирование решает несколько ключевых задач:

1. Проверка концепции и дизайна.

На ранних этапах разработки важно как можно быстрее проверить, как концепция будет работать в реальных условиях. 3D-печать позволяет создать прототип, который можно физически оценить, протестировать и внести необходимые изменения до начала серийного производства.

Прототипы могут быть использованы для функциональных тестов, оценки эргономики, а также для демонстрации клиентам или инвесторам.

2. Ускорение разработки.

Использование аддитивных технологий для создания прототипов значительно сокращает время, необходимое для разработки нового изделия. Это связано с тем, что на создание 3D-прототипа уходит гораздо меньше времени, чем на производство моделей с помощью традиционных методов, таких как литьё или фрезерование.

Печать прототипов позволяет мгновенно внести изменения в конструкцию, не требуя создания новых оснасток или моделей, что ускоряет процесс разработки и внедрения инноваций.

3. Снижение затрат.

Традиционные методы прототипирования часто требуют значительных затрат на создание формы или оснастки, а также на обработку материала. Аддитивные технологии позволяют обойтись без дорогостоящих оснасток, минимизируя затраты на производство каждого прототипа.

Особенно это важно для стартапов и компаний с ограниченными ресурсами, которые могут использовать 3D-печать для создания рабочих прототипов без больших вложений.

Так как быстрое прототипирование является частью аддитивных технологий, методы прототипирования совпадают с методами аддитивных технологий:

1. FDM (Fused Deposition Modeling).

Один из наиболее популярных методов для создания прототипов из пластика. Он позволяет печатать функциональные и визуальные прототипы с хорошей точностью. Преимущества метода — простота и низкая стоимость, а также возможность использования различных типов пластиковых материалов, таких как PLA, ABS и PETG.

2. SLA (Stereolithography).

Идеально подходит для создания высокоточных прототипов с гладкой поверхностью, так как фотополимеризация позволяет добиться отличной детализации. Этот метод используется для печати прототипов с высокой точностью и детализацией, например, для тестирования мелких механических компонентов или ювелирных изделий.

3. SLS (Selective Laser Sintering).

Применяется для создания прототипов из различных материалов, включая металлы и пластики. Этот метод позволяет создавать детали, которые могут быть использованы в качестве функциональных прототипов, готовых для тестирования в реальных условиях. Преимущества: высокая прочность, возможность использования сложных форм, отсутствие необходимости в поддерживающих структурах.

4. DMLS (Direct Metal Laser Sintering)

Для более сложных прототипов, требующих высокой прочности и термостойкости, используется DMLS, позволяющий печатать металлические компоненты. Это метод подходит для печати функциональных прототипов, которые подвергаются нагрузкам или высокой температуре.