Современное состояние и перспективы применения аддитивных технологий в машиностроении

Современное состояние и перспективы применения аддитивных технологий в машиностроении

Понятие аддитивного производства объединяет группу технологий, при которых изделие создаётся путём последовательного добавления материала слоями на основе данных трёхмерной цифровой модели. В соответствии с международным стандартом ISO 52900:2021, к аддитивным относят методы экструзии, фотополимеризации, порошкового спекания, струйного нанесения и ряд других. Принципиальное отличие этих методов от традиционных субтрактивных процессов состоит в отсутствии необходимости в специальной оснастке и возможности прямого перехода от цифровой модели к готовому изделию. На рисунке 1.1 представлена классификация основных методов аддитивного производства.

Рисунок 1.1 – Классификация методов аддитивного производства

В машиностроении аддитивные технологии нашли применение прежде всего в опытно-конструкторских работах для изготовления прототипов деталей и проверки сборок до запуска серийного производства. Постепенно область применения расширилась: предприятия авиационной, автомобильной и энергетической отраслей используют послойный синтез для производства технологической оснастки, вставок для пресс-форм, нестандартных крепёжных и фиксирующих элементов [5, 6]. В ряде случаев аддитивные технологии применяются для изготовления конечных деталей небольшими сериями, когда традиционные методы нецелесообразны по экономическим соображениям.

В отечественной практике аддитивное производство развивается в рамках программ технологического суверенитета и импортозамещения. Крупные предприятия машиностроительного комплекса применяют послойный синтез для выпуска прототипов, сменных деталей и вспомогательных приспособлений. Отечественные производители оборудования выпускают принтеры, рассчитанные на работу с инженерными полимерами, включая ABS, PA и другие [7, 8].

Среди всех методов аддитивного производства полимерных изделий наибольшее распространение получила технология FDM/FFF, в основе которой лежит экструзия расплавленного термопластичного материала через калиброванное сопло с последовательным формированием слоёв. Широкое применение этого метода объясняется относительной простотой конструкции оборудования, доступностью расходных материалов и возможностью использования разнообразных полимеров: PLA, ABS, PETG, PA, TPU и других материалов [9, 10].

Вместе с тем в условиях серийного производства внедрение FDM/FFF сдерживается недостаточной производительностью стандартных режимов печати при диаметрах сопла 0,4–0,6 мм: время изготовления крупногабаритных деталей может составлять многие часы, что экономически неоправданно [11]. Кроме того, механические характеристики FDM-изделий существенно зависят от совокупности параметров режима: даже небольшие отклонения от рациональных режимов приводят к снижению прочности межслойного соединения [12, 13].

Одним из направлений повышения производительности FDM/FFF-печати является применение сопел с увеличенным диаметром выходного отверстия. За счёт увеличения поперечного сечения экструдируемой дорожки сокращается число проходов печатающей головки и уменьшается суммарное время построения детали. Вместе с тем при таком переходе возникает необходимость согласованной настройки всей совокупности технологических параметров, поскольку они взаимосвязаны с условиями формирования структуры изделия и его прочностными характеристиками [14, 15].