Развитие отрасли аддитивного производства и 3D-печать металла

Развитие аддитивного производства в промышленности в последнее десятилетие не стало смертельным ударом по «традиционным» промышленным секторам, как предсказывали адепты аддитивного производства, на высокотехнологичных рынках и рынках капитала, но и не было незначительным. Наиболее достоверное исследование развития отрасли аддитивного производства показывает, что предприятия, занимающиеся операциями с металлической 3D-печатью, в 2018 году увеличили выручку примерно на 41,9%, продолжив пятилетнюю серию с ежегодным ростом + 40%.

Этот рост привел к некоторому «нарушению», как в случае заказа по техническому обслуживанию железной дороги, который поставил задачу изготовить запасные крышки подшипников колесных пар, которые закончились на складе, специалистам 3D-печати из металла. Оригинальные отливки были запущены в серийное производство, но также требовались замены в нерегулярных объемах с нерегулярными интервалами, чтобы обеспечить надежную работу подвижного состава оператора. Специалист по 3D-печати развернул специализированный станок, в котором в качестве исходного материала используется проволока из металлического сплава – для лазерного плавления сплава в известном послойном процессе 3D-печати, основанном на данных САПР, для создания формы готовой детали, имеющей почти финальную форму, не требующей дополнительной механической обработки.

Для металлических компонентов проволочная плавка является одной из двух альтернатив. Другой вариант работает с источником плазмы, подводящим энергию к слою металлического порошка, создавая деталь послойно, на основе определенной CAD-формы. Выбор между этими двумя методами, на данный момент, зависит в первую очередь от конструкторов изделий и операторов услуг 3D-печати. Сторонники 3D-печати на порошковой основе подчеркивают потенциал для массового производства серий со сложной конструкцией (например — режущие инструменты и воздушные форсунки). Сторонники систем на основе проволоки подчеркивают, что она избегает необходимости обращения с порошком и более поддается масштабированию для более крупных инженерных компонентов.

Многочисленные разработчики металлических систем 3D-печати, как правило, специализируются на одном или другом типе системы.

По-прежнему в сфере НИОКР, Немецкий институт технологий производства и передовых материалов (IFAM) Фраунгофера и специализированная конструкторская фирма H + E-Produktentwicklung GmbH совместно работали над созданием уменьшенной газовой турбины Siemens, чтобы продемонстрировать «текущие возможности и ограничения» металлической 3D-печати.

Сборка состоит из 68 деталей, напечатанных из порошковых сплавов алюминия, стали и титана, которые благодаря оптимизации компонентов и возможностям технологий плавления электронным и лазерным лучами заменяют почти 3000 отдельных деталей, составляющих исходный компонент. Турбина полностью работоспособна, отметил IFAM в своем резюме.

Эффективное объединение различных коммерчески доступных материалов — еще один момент, продемонстрированный масштабной турбиной. Не все обрабатываемые материалы соответствуют целевым материалам для турбин, потому что не все эти материалы могут быть обработаны таким способом, который коммерчески доступен.

Демонстрационная газовая турбина доказывает несколько существенных моментов о промышленной роли производства с помощью аддитивных технологий. Практически каждый успешный пример последнего включает в себя собственное или контрактное производство деталей большого объема (например, компонентов двигателя, режущих инструментов) на основе дискретных запатентованных конструкций.

Влияние аддитивного производства на «традиционное» литейное производство, будет оцениваться и обсуждаться в течение десятилетий, но сейчас мы знаем, что сильные стороны аддитивного производства – сфокусированная и оптимизированная конструкция компонентов, расширенные возможности материалов и скорость производства — вовлекают сторонников 3D-печати в технологические потоки традиционного производства, а также в научно-исследовательские и производственные партнерства, которые формируют общее направление для всех типов производства.