Аддитивные технологии
У владельцев производств есть одна общая проблема. Все стандартные методы снижения стоимости изготовляемой продукции уже внедрены, внутренние ресурсы задействованы. Но для того, чтобы увеличивать прибыль и находиться впереди конкурентов этого уже недостаточно.
Увеличивать скорость производства за счет снижения качества производимых товаров или закупаемого сырья – временное решение, которое может убить бизнес в будущем. В такой ситуации решением может стать внедрение аддитивных технологий.
Что такое аддитивные технологии
Аддитивные технологии – это процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путем добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, штамповки)*.
* Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015, за основу разработки которого был взят стандарт США - ASTM F2792.1549323-1.
При аддитивном характере производства сокращается время цикла, прямые затраты живого труда и затрат на оборудование для производства того количества товара, которое будет потреблено в месте производства.
Технологические процессы 3D печати позволят производителю предоставлять заказчику не только разнообразные варианты форм, размеров и цветов, но и предлагать продукцию с более высокими характеристиками.
Экономические успехи новой технологии связаны с потрясающей гибкостью, кардинально, до 50 раз и более сокращающей время реакции при производстве «под заказ», с резким сокращением затрат на сборку, что уменьшает не только косвенные, но и прямые затраты.
Аддитивные технологии позволяют не только производить товары по индивидуальным заказам, но и наделять их уникальными, индивидуально определенными свойствами. Поскольку в аддитивных технологиях каждый экземпляр изделия изготавливается отдельно от остальных, его легко модифицировать, изменить фактуру, цвет, форму и другие свойства по пожеланиям конкретного заказчика.
В первую очередь новые продукты, изготовленные в соответствие с пожеланиями заказчика, появятся там, где ценностью продукта является его индивидуальность, например, в медицине (заушные слуховые аппараты, оснастка для зуботехнических лабораторий, экзо- и эндо протезы).
Короткие сроки производства позволяют отказаться от больших товарных запасов продукции, быстро реагировать на изменение спроса и производить продукции ровно столько, сколько нужно для удовлетворения реального спроса. Хорошая масштабируемость аддитивных технологий предоставляет широкий выбор мест производства и позволяет плавно наращивать мощности.
Производство осуществляется там, где есть свободные мощности, дешевле электроэнергия и расходные материалы (раньше – где дешевле труд). Размещать 3D печать можно где угодно – на существующих заводах, кораблях, спутниках, грузовиках, и т.д.
3D принтеры могут работать параллельно и непрерывно в режиме 24/7, десятки принтеров могут при необходимости печатать одинаковую продукцию. Автоматизация и роботизация совместной работы десятков и сотен 3D принтеров позволит добиться коротких сроков производства, высокой гибкости и рентабельности при производстве мелких или средних серий изделий. При этом переналадка оборудования для перехода на выпуск другой продукции практически отсутствует.
Для чего это нужно
Устранение ограничений
Убрать конструкторские и технологические ограничения (накладываемые традиционной технологией), делать детали сколь угодно геометрически сложными и полыми, применять принципы проектирования «по потокам сил»/оптимизации топологии деталей и бионического дизайна (использование элементов и «идей» живой природы в проектировании сложных технических устройств и конструкций) без операций сборки, позволяет значительно, на 60% и более, снизить массу силового каркаса сложных технических устройств с одновременным улучшением прочностных характеристик.
Оптимизация производства
Аддитивные технологии позволяют наладить производство с потрясающей гибкостью, с сокращением в 50 и более раз времени реакции при изготовлении «под заказ» и товарно-материальных запасов при изготовлении «под наличие», с резким сокращением затрат на сборку, что уменьшает не только косвенные, но и прямые затраты. В результате общие затраты на аддитивное производство продукции могут быть меньше, чем с использованием традиционных процессов.
Внедрение новых материалов
Появилась возможность разрабатывать и применять новые материалы, недоступные ранее. Новые материалы для 3D печати позволяют использовать традиционные материалы нетрадиционным образом (послойной «укладкой» либо струйным «напылением» основного, вспомогательного материала и/или связующего вещества) или дополнительно сочетать в одном материале качества различных традиционных материалов.
Что даст внедрение инноваций
- устранение технологических ограничений при разработке новых изделий за счет замены технологий (до 30%);
- обеспечение снижения массы деталей (до 60%) за счет использование принципов проектирования «по потокам сил»;
- сокращение циклов подготовки производства (в 10-50 раз);
- устранение дефицита высококвалифицированных рабочих кадров в области механообработки и сборки;
- обеспечение высокой рентабельности мелкосерийного выпуска продукции по индивидуальным заказам;
- отказ от вспомогательных производственных материалов;
- отказ от парка механообрабатывающего оборудования, энерготехнологического оборудования (печи, автоклавы, вакуум-формовочные машины и т.п.);
- сокращение отходов производства.
Аддитивные технологии в машиностроении
Машиностроение сегодня является одним из самых крупных заказчиков аддитивных технологий, потому, как традиционные процессы проектирования, производства и логистики уже практически исчерпали свой потенциал. Инновационные подходы предлагают неожиданные решения в плане проектирования, использования принципиально новых материалов, высокой гибкости и скорости бизнес- и технологических процессов, безопасности, компактизации производства, кадровой эволюции:
- устранение технологических ограничений при разработке новых изделий за счет замены технологий (до 30%);
- обеспечение снижения массы деталей (до 60%) за счет использования принципов проектирования «по потокам сил»;
- сокращение циклов подготовки производства (в 10-50 раз);
- устранение дефицита высококвалифицированных рабочих кадров в области механообработки и сборки;
- обеспечение высокой рентабельности мелкосерийного выпуска продукции по индивидуальным заказам;
- отказ от вспомогательных производственных материалов;
- отказ от парка механообрабатывающего оборудования, энерготехнологического оборудования (печи, автоклавы, вакуум-формовочные машины и т.п.);
- сокращение отходов производства;
- сокращение складских и производственные площадей в 3-5 раз.
Что это даст
Применение аддитивных технологий позволит предприятию поднять уровень разработки и производства, сократить сроки и стоимость, что позволит выпускать конкурентоспособную продукцию высочайшего качества в кратчайшие сроки с соблюдением принятых в отрасли темпов прироста производства. После выполнения проекта интеграции предприятие получит текущую оценку состояния цифровизации своих бизнес-процессов и производства, а также будет иметь представление о целесообразности внедрения аддитивных технологий в имеющиеся технологические процессы. Мы подберем для вас как проверенные временем, так и молодые, но чрезвычайно перспективные технологии, которые в кратчайшие сроки позволят решить поставленные руководством предприятия задачи. Если в результате выполнения проекта мы сможем продолжить интеграцию (осуществить внедрение) оборудования и программного обеспечения из нашего портфеля предложений, заказчику будут предложены наши решения “под ключ”. Если спектр предлагаемых нами решений не сможет обеспечить выполнение проекта в соответствии с его целями, мы порекомендуем локальные компании - лидеров соответствующих технологий.
Аддитивные технологии в медицине и стоматологии
Аддитивные технологии для медицинского и стоматологического применения используются преимущественно в индивидуальной работе с пациентами клиник, сокращая сроки и стоимость изготовления продукции, минимизируя неудобства клиентов в дооперационный период, а также получении протезов и оттисков на этапе планирования на основе компьютерной, магнитно-резонансной томографий и 3D сканирования. Аддитивные технологии используются для:
- планирования хирургических операций (3D печать костей, органов, системы нервов и сосудов мозга и пр.);
- воспроизведения внутренних органов и частей тел для проведения обучения врачей и студентов ВУЗов;
- челюстно-лицевого, зубного и эндопротезирования;
- изготовления приборов и контейнеров с возможностью автоклавирования;
- производства оснастки (мастер-моделей) для технологий литья;
- персонализации производства заушных слуховых аппаратов, примерочных виниров, ортодонтических элайнеров, капп и т.п.
Применение аддитивных технологий позволит:
- сократить циклы дооперационной диагностики (в 10-20 раз), минимизируя риск врачебной ошибки;
- быстро и наименее затратно получать высокореалистичные модели органов и частей человека и животных для анатомических исследований;
- обеспечить высокую рентабельность мелкосерийного выпуска качественной медицинской продукции по индивидуальным заказам за счет сокращения производственного цикла (в 10 и более раз);
- отказаться от высококвалифицированных мастеров по изготовлению пресс-форм, подгонке корпусов и поэтапной ручной обработки;
- отказаться от вспомогательных производственных материалов;
- сократить складские и производственные площади в 3-5 раз.
Что это даст
После выполнения проекта интеграции медицинское учреждение или зуботехническая лаборатория получит текущую оценку состояния цифровизации своей деятельности и производства, а также представление о целесообразности внедрения аддитивных технологий в имеющиеся процессы. Мы подберем для вас как проверенные временем, так и молодые, но чрезвычайно перспективные технологии, которые в кратчайшие сроки позволят решить поставленные руководством задачи. Если в результате выполнения проекта мы сможем продолжить интеграцию (осуществить внедрение) оборудованиея и программного обеспечения из нашего портфеля предложений - заказчику будут предложены наши решения “под ключ”. Если спектр предлагаемых нами решений не сможет обеспечить выполнение проекта в соответствии с его целями - мы порекомендуем локальные компании - лидеров соответствующих технологий.
В других отраслях
Технологии 3D печати привносят ощутимый вклад в строительную отрасль, позволяя:
- устранить технологические ограничения при разработке новых конструкций зданий за счет замены технологий (до 100%);
- сократить циклы строительства в 10 и более раз;
- сократить стоимость проектов на 40% и более;
- сократить количество рабочих кадров, ручной труд и человеческую ошибку;
- использовать распространенные строительные материалы, а также разрабатывать и использовать новые под индивидуальные заказы;
- отказаться от вспомогательных строительных материалов и инструмента;
- обеспечить высокую рентабельности индивидуальных заказов;
- сократить отходы производства и брак;
- сократить затраты на транспортировку материалов, погрузо-разгрузочные работы, работу спецтехники в 3 и более раз
Что это даст
Применение строительных технологий 3D печати дает возможность уже сейчас опытным и молодым строительным организациям получить преимущества по всем ключевым критериям возведения зданий: времени, стоимости, сложности, кадров, ошибок, брака, логистики и т.п. После выполнения проекта интеграции строительная организация получит текущую оценку состояния цифровизации своих бизнес-процессов и производства, представление о целесообразности внедрения аддитивных технологий в имеющиеся технологические процессы. Мы подберем для вас как проверенные временем, так и молодые, но чрезвычайно перспективные технологии, которые в кратчайшие сроки позволят решить поставленные руководством предприятия задачи. Если в результате выполнения проекта мы сможем продолжить интеграцию (осуществить внедрение) оборудования и программного обеспечения из нашего портфеля предложений, заказчику будут предложены наши решения “под ключ”. Если спектр предлагаемых нами решений не сможет обеспечить выполнение проекта в соответствии с его целями, мы порекомендуем локальные компании - лидеров соответствующих технологий.
В 2013 году компания ООО «Современное оборудование» выполнила поставку установки Fortus 900mc, пусконаладочные работы, отработку управляющих программ и внедрение технологических процессов, изготовления моделей прототипов. Все работы специалистами фирмы выполнялись на высоком профессиональном уровне, с сознанием ответственности за выполнение поставленных задач.
Особое место занимало обучение персонала предприятия работе на современном оборудовании, использованию передовых методов моделирования деталей с использованием современного программного обеспечения Insight.
ООО «Современное оборудование» имеет развитую сервисную базу, значительное количество сертифицированных специалистов, что обеспечивает своевременное решение задач по ремонту и обслуживанию поставленного оборудования.
Опыт совместной работы показывает, что деятельность ООО «Современное оборудование» основана на комплексном решении поставленных задач и направлена на совершенствование машиностроительных предприятий.
Выражаем Вам благодарность за быстрое и качественное выполнение работ.
Благодарим коллектив ООО «Современное оборудование» за выполнение комплекса работ по поставке и внедрению установки быстрого изготовления моделей-прототипов FDM Dimension 1200 SST.
Оборудование предназначено для использования в разработке новой продукции и изготовлении деталей жидкостных ракетных двигателей.
На всех этапах совместных работ специалистами Вашей компании были проявлены образцы высокого профессионализма, чувства ответственности, приняты грамотные технические решения, обеспечившие успешный пуск оборудования и его дальнейшее эффективное использование.
Выражаем надежду на продолжение нашего сотрудничества.
От лица ОАО «Ордена Трудового Красного Знамени научно — исследовательский институт автоматической аппаратуры имени академика В.С. Семенихина» хочу выразить благодарность ООО «Современное оборудование» за плодотворное сотрудничество в рамках выполнения государственного контракта по поставке, запуску и внедрению оборудования для прототипирования в рамках реализации проекта «Техническое перевооружение с целью создания контрактного производства унифицированных электронных моделей», и проведение обучения персонала предприятия.
Книга Дмитрия – очень удобный стартовый инструмент руководителя высшего звена для решения задач из группы системного менеджмента. Наверняка, существуют более объемные и детальные издания по этой тематике, но в роли стартовой настольной книги, погружающей вас в современное аддитивное производство, я бы рекомендовал именно его работу. У издания есть целый ряд плюсов для указанной аудитории:
- Высокая плотность информации. Несмотря на сравнительно небольшой объем, вы найдете в книге, пожалуй, все необходимые ключевые данные для того, чтобы стать способным системно смотреть на аддитивные технологии применительно к вашей сфере деятельности;
- Отсутствие излишней, на мой взгляд, для решения описанной задачи теории, которую всегда можно «дочитать» при необходимости в будущем. Все коротко, емко и по сути вопроса. При этом автор не скатывается и в какие-то популистские упрощения, выхолащивающие содержание, что, увы, сейчас встречается очень часто;
- Наглядность, структурированность, системность. Книга богата «якорями» в виде наглядных схем, классификаторов и т.д., которые упрощают восприятие и запоминание данных;
- Актуальность материала.
Для современного финансового директора книга, в первую очередь, интересна в ситуации интенсивного поиска решения задачи технического перевооружения того или иного производственного участка, замены группы обрабатывающих центров и т.п. В конкретном случае нашей компании требовалась информация о 3d-технологии способной решить вопрос с производством спецоснастки под наши специфические производственные задачи. В том числе требовалась информация о реальном оборудовании, его цене, сроках поставки, возможностях ПО и его интеграции с иными блоками ИТ-ландшафта и т.д. Книга дает множество полезных подсказок для решения подобных практических задач при нехватке практического опыта. Аддитивные технологии в ней описываются со своими плюсами и минусами, сферами практического использования, ограничениями применения и т.д.
Устанавливаемое оборудование
Мы устанавливаем оборудование, работающее по технологиям PolyJet, FDM, CFC, PBF, SLA, SLS, DED-P/LMD/DMD, DED-W/3DMP/WAAM, BJ, и другое.
Их основные преимущества:
Струйная печать фотополимерами для цветной и мультиматериальной печати высокореалистичных изделий и оснастки
Stereolithography – послойное отверждение жидкого материала (жидкие фотополимерные смолы, керамические и металло-керамические пасты, композитные материалы) под действием луча лазера или УФ-лампы
Fused Deposition Modeling – моделирование методом послойного наплавления термопластиков для быстрого изготовления полнофункциональных образцов, изделий, производственной оснастки
Composite Filament Co-extrusion – коэкструзия композитного волокна для изготовления сверхпрочных изделий сложной формы и внутренней структуры из термопластов, армированных непрерывными композитными волокнами на основе углеродных жгутов и термореактивного связующего
Selective Laser Sintering – селективное (выборочное) лазерное спекание порошковых полиамидов, полистирола, различных композитных смесей
Laser Beam Powder Bed Fusion – селективное (выборочное) лазерное сплавление металлопорошковых композиций для высокоточного изготовления оснастки и конечных изделий со сложной геометрией
Powder Direct Energy Deposition – осаждение газопорошковой струи при помощи направленного энергетического воздействия для быстрого ремонта изношенных поверхностей продукции, а также изготовления изделий с «нуля» из металлопорошковых композиций
Wire Direct Energy Deposition / 3D Metal Print / Wire+Arc Additive Manufacturing – осаждение/наплавка металлической проволоки методом дуговой сварки для быстрого и наименее затратного производства конечных высоконагруженных деталей
Binder Jetting – струйная печать посредством склеивания связующим веществом порошка материала для создания литейных форм. Технология использует такие материалы, как кварцевый и силикатный литейный песок, керамический порошок
Полимерные материалы
Термопласты
Широко используемые в промышленности термопласты: ABS пластик и различные смеси на его основе, поликарбонат и различные смеси на его основе, полиамид/нейлон (включая угленаполненные смеси), полиэфиримид (PEI/ULTEM), полифенилсульфон (PPSF), полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэфиркетонкетон (PEKK) - позволяют создавать:
- высокопрочную производственную оснастку и конечные изделия, способные работать в экстремальных климатических условиях, щелочах, кислотах, маслах, СОЖ и т.п.;
- изделия с длительным сроком эксплуатации ввиду практически полного отсутствия деградации материалов;
- высоконагруженные изделия с низким коэффициентом теплового расширения для замены металлических деталей в ряде технологических применений;
- биологически совместимые хирургические шаблоны;
- выжигаемую оснастку для литья по газифицируемым моделям.
Реактопласты (фотополимеры)
Наличие широкого спектра свойств, присущих материалам PolyJet, позволяет создавать:
- высокореалистичные прототипы, обеспечивающие точное представление будущего продукта;
- эргономичную оснастку, упрощающую производство;
- конечные изделия;
- биологически совместимые хирургические шаблоны и другие детали.
Доступны материалы с различными свойствами: от эластичных до жестких, от нейтральных до ярких, от прозрачных до непрозрачных, и от стандартных до биосовместимых.
Металлические материалы
Порошки инструментальных сталей
Используются преимущественно для изготовления производственной оснастки и инструмента. Хорошо известна их высокая твердость, износоустойчивость и сопротивление деформациям, а также способность держать режущую кромку инструмента при повышенных рабочих температурах.
Порошки мартенситностареющих сталей
Благодаря высокой закалке и износостойкости сталь хорошо подходит для изготовления оснастки для литья под давлением пластмасс, литья под давлением легких металлических сплавов, штамповки и экструзионного прессования, а также для изготовления различных высоконагруженных деталей для автоспорта, авиакосмической промышленности, например, деталей фюзеляжа самолетов.
Порошки нержавеющих сталей
Нержавеющая сталь отличается от углеродистой содержанием хрома, доля которого по массе обычно превышает 10,5%. Нержавеющая сталь не подвержена коррозии, как обычная сталь.
Порошки никелевых сплавов
Сплавы на основе никеля сочетают в себе одновременно такие характеристики, как высокая прочность на растяжение и ползучесть, а также коррозионную и термическую стойкость.
Порошки кобальт-хромовых сплавов
Обладают высокой твердостью, превосходной коррозионной стойкостью, немагнитным поведением и хорошей биосовместимостью. Материалы широко используются для изготовления хирургических имплантатов тазобедренных или коленных суставов, зубных протезов, деталей двигателей, ветровых турбин, множества других промышленных объектов, а также для изготовления ювелирных изделий.
Порошки титана
Отличная прочность и ударная вязкость в сочетании с коррозионной стойкостью, низким удельным весом и биосовместимостью делают его идеальным для многих высокопроизводительных инженерных применений в аэрокосмической промышленности и автоспорте, а также для производства биомедицинских имплантатов.
Металлическая проволока
Значительно более низкая стоимость проволоки, а также более высокая скорость построения процесса наплавки проволокой по сравнению с порошками для PBF/DED-P технологий. Микроструктура металла после наплавки близка к структуре «сырого» материала с полным отсутствием пористости. Используется более 100 видов стандартной и повсеместно используемой проволоки для популярной MIG/MAG сварки!
Металлополимерные композиции
Металлополимерные композиции для MBJ/MIM технологий широко используются в машиностроении и приборостроении, имеют невысокую стоимость и высокие эксплуатационные качества. Потенциал использования в серийной 3D-печати - более 200 материалов!
Песчанополимерные композиции
В металлургии для изготовления литьевых форм и стержней используется силикатный песок совместно со связующим веществом и катализатором процесса. Часто применяется для изготовления литьевых форм в машиностроении при производстве деталей турбин, крыльчаток насосов, коллекторов, пресс-форм, различных корпусов, кожухов и других изделий.
Силикатный песок является одним из самых распространенных сортов песка в мире и получен из кристаллов кварца. Фурановое связующее представляет собой типичное связующее, не требующее обжига, которое является основой в традиционных применениях для песчаных отливок, поэтому для использования этого связующего материала не требуется никаких изменений в литейном производстве.
Внедрение в производство
Аддитивные технологии позволяют, с одной стороны, очень здорово экономить материал, а с другой стороны, совершенно революционным образом повышать производительность процессов. И то, что раньше делалось месяцами, сейчас может делаться за часы. И третье, что дают аддитивные технологии и что невозможно получить по-другому, - это возможность создавать изделия такой формы, которую никакие традиционные технологии принципиально создать не могли.
DDM.Lab cпециализируется на решении сложных задач и имеет большой положительный опыт сотен реализованных проектов технического перевооружения. Мы обладаем уникальными компетенциями в области реализации программ технического перевооружения предприятий на основе внедрения инновационных производственных, управленческих и информационных технологий, а также создания на предприятии организационной структуры, обеспечивающей производство конкурентоспособной продукции.
На этапе выбора решения, ещё до инвестирования в основные средства, вы получите полное представление о том, какого сколько оборудования, расходных материалов, программных средств ему необходимо для выполнения поставленной производственной задачи. Какой экономический эффект даст внедрение нового технологического оборудования: насколько сократятся циклы изготовления и производственные затраты, как возрастет качество, и, наконец, каков будет срок окупаемости необходимых инвестиций.
Принципиальный подход, отличающий нас – полная ответственность за результат.
DDM.Lab будет полезна в любых вопросах, связанных внедрением аддитивных технологий. От консультации, инженерного консалтинга и обучения до моделирования, протитипирования, 3D печати, поставок оборудования и материалов.