Дополнительное производство— 3D Печать

1. Обзор отрасли

         3D Печать (3D-печать) , также известное как аддитивное производство (Добавочное производство , сокращённо Утро) , возникший в 1990-х годах. В отличие от традиционных «субтрактивных» методов обработки, 3D Печать осуществляется на основе компьютерного программного обеспечения: с помощью проектирования, сканирования и других методов создаётся трёхмерная модель, после чего дискретный материал наносится слой за слоем. ( Порошок, проволока ) Технология обработки и формообразования. 3D При печати в качестве сырья чаще всего используют сферические порошки, которые выборочно расплавляются под воздействием сосредоточенного источника тепла и затем, при последующем охлаждении, затвердевают, образуя печатный объект. 。

                      3D Распечатать                                 3D Печатная продукция

  3D Одной из основных областей печати является Авиация Космическая отрасль: современные реактивные двигатели состоят из тысяч деталей, некоторые из которых (например, турбинные лопатки — см. рисунок) 1 ) Необходимо соблюдать строгие технические требования и использовать только один материал. Форма Изготовление. Использование 3D Некоторые детали двигателей, изготавливаемые методом печати, включают крыльчатки турбокомпрессоров, лопатки, топливные форсунки и другие компоненты.

                                                                            (Рис. 1)

2. 3D Технология печати По сравнению с Производственные преимущества традиционных технологий производства

      В настоящее время металл По сравнению с традиционными технологиями прецизионной обработки 3D‑печать всё ещё отстаёт по таким параметрам, как обрабатываемые материалы, точность обработки, шероховатость поверхности и производительность; вместе с тем её принципиально новая технологическая основа и способ изготовления обладают огромными преимуществами, недостижимыми для традиционной прецизионной обработки, а именно:

（ 1) Сокращение цикла разработки и внедрения новых продуктов. Процесс формообразования с использованием технологии 3D-печати непосредственно управляется трёхмерной моделью, что исключает необходимость в пресс-формах, приспособлениях и других вспомогательных инструментах; это позволяет значительно сократить сроки разработки продукции, сэкономить на дорогостоящем производстве пресс-форм и повысить скорость итеративного развития продукта.

（ 2) Позволяет эффективно формировать более сложные конструкции. Принцип 3D-печати заключается в разбиении сложных трёхмерных геометрических тел на двумерные сечения и последовательном их наложением для создания детали; таким образом можно изготавливать сложные компоненты, которые трудно получить с помощью традиционной высокоточной обработки, что повышает выход годных изделий и улучшает качество продукции.

（ 3) Достижение интегрированного и облегчённого конструирования. Применение технологии металлической 3D-печати позволяет оптимизировать структуру сложных деталей: при сохранении эксплуатационных характеристик сложную конструкцию можно преобразовать и перепроектировать в более простую, что приводит к снижению массы; кроме того, 3D-печать обеспечивает возможность монолитного формования компонентов, что повышает надёжность изделия.

（ 4) Высокий коэффициент использования материалов. По сравнению с традиционными технологиями точной обработки металлическая 3D-печать позволяет значительно экономить материалы, особенно при работе с относительно дорогими металлами, что ведёт к существенной снижению затрат.

（ 5) Достижение превосходных механических свойств. Благодаря особенностям технологии быстрого затвердевания при 3D-печати внутреннее металлургическое качество получаемых деталей однородно и плотно, отсутствуют другие металлургические дефекты; при этом за счёт быстрого затвердевания внутренняя структура материала представляет собой мелкозернистую субструктуру, что позволяет значительно повысить прочность формованных деталей без ущерба для пластичности.

3. 3D Современное состояние отрасли порошковых материалов из жаропрочных сплавов для 3D-печати

Способы получения сферических порошков для 3D-печати включают газовую атомизацию, плазменную факельную атомизацию, атомизацию с использованием вращающегося электрода и карбонильный метод. При этом наиболее широко применяется газовая атомизация.

1. Обзор механизма получения сферических металлических порошков методом газовой атомизации

Согласно Смотреть И Домбровский Исследования показывают, что процесс газовой атомизации делится на три стадии: первичное дробление, вторичное дробление, а также сфероидизацию и затвердевание; основные этапы включают распределение потока газа, плавление сплава, дробление расплава, сфероидизацию и затвердевание; процесс газовой атомизации и фотографии распыления. (Снимок, полученный с помощью высокоскоростной камеры) — как показано на рис. 1. Сначала поток воздуха, проходя через распыляющее сопло, ускоряется и формирует стабильное аэродинамическое поле; затем, когда струя расплавленного металла вступает в контакт с этим потоком, высокоскоростной и высоконапорный воздушный поток воздействует на струю, раздробляя её и преобразуя кинетическую энергию газа в поверхностную энергию металлических капель, что приводит к образованию мелких капель. Под действием тяги воздушного потока капли стремительно летят; по мере полёта под влиянием поверхностного натяжения они приобретают сферическую форму и, быстро охлаждаясь и затвердевая в условиях интенсивного распыляющего воздушного потока, превращаются в сферические порошковые частицы.

                       Схема процесса аэрозольной обработки (a)                                                       Фотография распыления (b)

2. Металлические порошковые материалы

В текущий момент В индустрии 3D-печати металлическая 3D-печать занимает значительную долю, и по мере того как эта технология становится всё более зрелой и её стоимость существенно снижается, сфера её применения неуклонно расширяется как по охвату, так и по глубине и масштабу. Например, в аэрокосмической отрасли металлическая 3D-печать уже перешла от изготовления испытательных образцов к серийному производству; в стоматологии 3D-печать металлических коронок стала стандартным методом работы зуботехнических лабораторий; в ортопедии металлические имплантаты, изготовленные с помощью 3D-печати, начали применяться в промышленных масштабах; в таких областях, как изготовление пресс-форм и радиаторов, она постепенно заменяет традиционные технологии; а в автомобильной отрасли остаётся огромный потенциал для дальнейшего освоения и внедрения. 。

Металлические порошковые материалы

3. Высокотемпературный сплав

Высокотемпературные сплавы, также называемые суперсплавами, обладают хорошей стойкостью к окислению и коррозии, выдающимися прочностными, долговечностными и усталостными характеристиками, а также высокой долгосрочной микроструктурной стабильностью; они были разработаны для удовлетворения требований современной авиационно-космической техники в условиях эксплуатации при высоких температурах и демонстрируют исключительную жизнеспособность в области передовых авиационных и космических двигателей.

Порошковые высокотемпературные сплавы — это высокотемпературные сплавы, полученные методом порошковой металлургии. По сравнению с традиционными литыми и коваными высокотемпературными сплавами они обладают равномерной микроструктурой, отсутствием макроскопической ликвации, а также высоким пределом текучести и хорошими усталостными свойствами, что позволяет преодолеть ликвацию, возникающую при использовании обычных технологических процессов. (Неравномерность) — каждая частица предварительно легированного порошка выступает в роли «микроскопического слитка стали»; легирующие элементы могут расслаиваться лишь в пределах микроскопических участков отдельных частиц порошка, что позволяет улучшить комплексные механические свойства сплава, сократить объём механической обработки и повысить коэффициент использования сплава. В особенности по мере того как состав высокотемпературных сплавов становится всё более сложным, а размеры деталей — всё больше, порошковые высокотемпературные сплавы демонстрируют ещё более выраженные преимущества. 。

4. 3D-печать Тенденции развития отрасли

1. Потребность в промышленном финансировании остра, а её объём превысит Согласно статистическим данным, в 2021 году общий объём финансирования аддитивного производства на глобальном уровне составил 65 млрд юаней, при этом темпы роста финансирования достигли 66%. В Китае общий объём привлечённых средств предприятиями аддитивного производства достиг около 4,8 млрд юаней, что на 33,3% больше по сравнению с 2020 годом; при этом как общий объём инвестиций, так и темпы их роста по-прежнему отстают от соответствующих показателей за рубежом. Ожидается, что в 2022 году потребность китайской отрасли аддитивного производства в финансировании превысит 7 млрд юаней.

2. Ожидается, что компоненты для оборудования среднего класса будут полностью заменены отечественными аналогами. В последние годы отечественные производители компонентов для аддитивного производства неуклонно наращивают инвестиции в НИОКР; такие отечественные компании, как Han’s Laser и Wuhan Raycus, уже успешно внедрили свои отечественные компоненты в оборудование для лазерного селективного плавления и фотополимеризации в стоматологии, где они демонстрируют стабильную работу. По мере роста спроса процесс отечественной локализации компонентов ускоряется, и ожидается, что компоненты для оборудования среднего класса будут полностью заменены отечественными аналогами.

3. Промышленное оборудование демонстрирует тенденцию к увеличению размеров, повышению эффективности и специализации: по мере технологического прогресса и инноваций в производственных процессах, а также вследствие постоянно растущих требований к применению и расширения сфер использования аддитивные производственные системы постепенно приобретают характеристики крупногабаритности, высокой производительности и узкой специализации. В то же время, учитывая различия в потребностях и особенностях применения в медицине, строительстве и охране культурного наследия, отечественные компании уже выпустили лазерное селективное плавление для стоматологии, специализированное оборудование для стереолитографии с использованием фотополимеризации, предназначенное для воссоздания культурных ценностей, а также механическое оборудование с выдвижным рычагом для экструзии материалов, используемое в строительной отрасли.

4. Рынок услуг продолжает расширяться, и такие сферы, как литьё, ожидают бурный рост. Согласно данным отчёта Wohlers Report, доля международных компаний, предоставляющих услуги аддитивного производства, из года в год растёт: в 2021 году объём рынка таких услуг составил около 6,25 млрд долларов США, что соответствует 41% от общего объёма рынка, что, в свою очередь, свидетельствует о том, что сервисы уже стали важным драйвером развития отрасли. Внутри страны число поставщиков услуг аддитивного производства пока остаётся сравнительно небольшим — по данным статистики опрошенных компаний, их доля составляет лишь около 21%. При этом ряд отечественных провайдеров, таких как Xinfenghe и Kangshuo Group, уже ввели в эксплуатацию недавно построенные производственные площадки; ожидается, что в 2022 году объём внутреннего рынка услуг существенно увеличится. По данным Китайской ассоциации литейной промышленности, в стране насчитывается 26 тыс. литейных предприятий, а объём рынка отливок в песчаных формах оценивается примерно в 120 млрд юаней; применение аддитивных технологий позволяет сократить технологический цикл литья с 15 до 8 этапов. В условиях реализации стратегии «двух углеродов» аддитивные технологии продолжают активно трансформировать литейную отрасль, и, согласно прогнозам, в ближайшие пять лет спрос на оборудование для аддитивного производства в песчаных формах превысит 2 тыс. единиц.

                                                                                         Динамика выручки отрасли аддитивного производства в Китае в 2018–2021 годах

5. Заключение и перспективы

         С момента появления в 1990‑х годах технологии 3D‑печати её внимание постепенно смещалось от печати полимерных материалов к печати металлических порошков, что привело к разработке и внедрению множества новых технологий, оборудования и материалов. В настоящее время темпы инноваций в сфере информационных технологий неуклонно нарастают, а промышленное производство вступает в новую эпоху интеллектуализации и цифровизации, при этом технология 3D‑печати станет мощным драйвером развития интеллектуализации промышленности. В последние годы достигнуты определённые успехи в области 3D‑печати высокотемпературными сплавами в виде порошков, которые нашли широкое применение в авиакосмической отрасли, биомедицине и автомобильной промышленности. Индустрия 3D‑печати развивается стремительными темпами: объём выручки отечественного сектора достиг 26,5 млрд юаней, среднегодовой темп роста за последние четыре года составил 30%, а число предприятий крупного и среднего размера превысило 100.

В настоящее время в нашей стране производятся порошки из жаропрочных сплавов. Технология 3D‑печати по‑прежнему сталкивается со многими вызовами: с одной стороны, это такие аспекты, как текучесть порошка и его гранулометрический состав, взаимодействие с источником тепла, формирование слоистой микроструктуры, снижение дефектности и более точная количественная оценка металлургических характеристик; с другой — оптимизация технологических параметров, оперативный контроль, разработка стандартов сертификации, высокопропускная испытательная проверка и масштабирование производства компонентов. Проектирование порошков из жаропрочных сплавов для 3D‑печати должно учитывать одновременно технологичность, механическую однородность, стабильность и экономичность. Узкие места в материалах неизбежно сдерживают распространение технологии 3D‑печати, которая предъявляет к материалам всё более высокие требования. В направлении развития порошковых материалов из жаропрочных сплавов для 3D‑печати выделяются три основных пути: во‑первых, на основе существующих материалов укреплять связь между свойствами материала и его структурой, далее оптимизировать технологические параметры, повышать скорость печати, снижать пористость и содержание кислорода, а также улучшать поверхностное качество печатных изделий; во‑вторых, разрабатывать новые материалы, пригодные для 3D‑печати, например создавать новые порошковые материалы из жаропрочных сплавов с превосходными коррозионной стойкостью, термостойкостью и комплексными механическими свойствами; в‑третьих, пересматривать и совершенствовать систему технических стандартов для порошковых материалов, применяемых в 3D‑печати, с целью институционализации и регулярного применения стандартов по печати материалами из жаропрочных сплавов.

Шесть 、3D Примечания по печати, отличающиеся от традиционного производства

Нанкинская компания «Цзяньчуаньши» по промышленности и торговле — это специализированный поставщик режущего инструмента и приспособлений для механической обработки, обладающий высококвалифицированной командой технического обслуживания и мощной системой обеспечения поставок; в отношении 3D Обладает богатым опытом последующей обработки печатной продукции, а также традиционной прецизионной обработки и пользуется отличной репутацией в области обработки на уровне микрометров, предлагая комплексные технические решения и услуги.3 Д Недостатки печати по сравнению с традиционным производством и меры предосторожности при последующей обработке резюмируются следующим образом:

    1) Сравнение проектов

  2) Меры предосторожности при 3D-печати

    1. Для нарезания резьбы рекомендуется использовать метчик; прямая печать (включая внутреннюю и наружную резьбу) не рекомендуется.

2. Если толщина стенки, ширина канавки или размер шрифта меньше 0,5 мм, гарантии печати не предоставляется;

3. При заказе сборочных деталей необходимо заранее уведомить о необходимости предоставления монтажного чертежа; товар будет отгружен только после полной сборки; в случае отсутствия такого уведомления ответственность за сборку не несётся.

4. Для деталей, требующих сборки, зазор с одной стороны должен составлять 0,15 мм;

5. Для деталей с высокими требованиями к локальной сборке (например, отверстия под подшипники, диаметры и плоскости сопряжения) необходимо заранее оставить припуск на обработку, а затем выполнить вторичную финишную обработку для обеспечения точного сопряжения.

6. После высокотемпературного спекания в металлической 3D-печати некоторые длинные и тонкостенные детали, а также корпусные конструкции могут деформироваться; преимущество металлической 3D-печати заключается в изготовлении сложных по конфигурации деталей, при этом её точность и качество поверхности уступают механической обработке.

7. Естественная поверхность с мелкими точками (Ra около 7);

8. Послепечатная обработка материалов для металлической 3D-печати: как и в случае с традиционными материалами, возможна последующая вторичная обработка;

9. Для изделий размером до 50 мм допуск при печати составляет ±0,1 мм; для более крупных изделий допуск при печати устанавливается в зависимости от чертежа.

10. При печати крупногабаритных изделий, требующих разборки на составные части, необходимо учитывать расположение мест разборки, избегать отверстий, а также принимать во внимание величину деформации и предусмотреть необходимые соединительные поверхности для точного совмещения при сварке.

Нанкинская компания по производству и торговле «Стрела, пронзающая камень» 10.05.2023