От редакции KRKN:
В статье The Economist нам рассказывают о перспективной технологии аддитивного производства для металлических порошков.
Если опустить высокопарные слова и истории из жизни создателя технологии, то мы получим рассказ сравнение классической SLM-технологии и новой технологии Area Printing.
Для читателя аналогия будет понятна если сравнить SLA vs. DLP, или SLS vs. MJF технологии.
В первой происходит "штриховка слоя" а в последней - одновременная засветка всего слоя.
Объективно DLP дает бОльшую скорость синтеза, однако имеет свои особенности и негативные эффекты (как более низкая точность и коробления).
Безусловно для каждой технологии найдется своя ниша, даже для AreaPrinting.
На что способны детали AreaPrinting мы узнаем и непременно расскажем нашим подписчикам.
Принцип работы AreaPrinting от Seurat
Ранние формы Аддитивного Производства, или "3D-печати", как ее называют в народе, начали появляться в 1980-х годах. Но потребовалось более десяти лет, чтобы технология начала развиваться. Первоначально она использовалась для изготовления прототипов. Теперь сложные компоненты регулярно создаются 3D-печатью в пластике и металле для использования в различных изделиях - от реактивных двигателей и роботов до автомобилей.
Продажи услуг и оборудования для 3D-печати выросли более чем на 17% в 2021 году и составят около $15 млрд, согласно предварительным оценкам отчета компании Wohlers Associates, которая отслеживает развитие отрасли. Однако, каким бы полезным ни стало аддитивное производство, оно не может конкурировать по стоимости и скорости с более традиционными способами производства, такими как впрыск расплавленного пластика в формы (ТермоПластАвтомат) или штамповка металлических деталей на гигантском прессе.
В результате большинство производителей используют 3D-принтеры для производства малосерийных и дорогостоящих деталей. Дополнительные затраты времени и средств могут быть оправданы для некоторых изделий. При аддитивном производстве объекты изготавливаются слой за слоем, поэтому в конструкцию легче включить сложные внутренние структуры. Формы также могут быть оптимизированы по прочности и легкости, что позволяет экономить материалы. Но что, если бы эти преимущества можно было получить со скоростью и стоимостью обычных заводских процессов? Новая форма аддитивного производства направлена именно на это.
История процесса, получившего торговую марку "Area Printing", уходит корнями в 2009 год. Именно тогда Джеймс ДеМут, получив степень магистра машиностроения в Стэнфордском университете, начал работать в National Ignition Facility, входящей в состав Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) американского Министерства энергетики. Здесь используются одни из самых мощных в мире лазеров для изучения ядерного синтеза.
Одной из задач, поставленных перед г-ном ДеМутом, было найти способ использовать высокоспециализированный вид стали для изготовления термоядерной камеры шириной 12 метров, содержащей множество сложных элементов. Он рассмотрел возможность использования для этой работы формы 3D-печати, называемой Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) она же SLM (Selective Laser Melting). При этом используется лазерный луч для сваривания частиц в тонком слое порошкообразного металла, чтобы сформировать требуемую форму первого слоя объекта. Затем добавляется еще порошок, и второй слой приваривается поверх первого. И так далее, пока изделие не будет завершено.
Проблема в том, что, как и в большинстве других видов 3d-печати, существует обратная зависимость между разрешением, которое определяет уровень детализации, который может быть напечатан, и скоростью процесса. Таким образом, печать некоторых крупных компонентов с мелкими деталями может занять несколько дней, а то и месяцев. Изготовление камеры выглядит так, как будто на это могут уйти десятилетия. L-PBF явно не подходит для такого применения.
Это заставило г-на ДеМута и группу коллег задуматься о том, как ускорить процесс без ущерба для качества. После некоторой работы они начали использовать устройство под названием оптически адресуемый световой клапан, разработанное в LLNL. Это устройство позволяет наносить изображение высокого разрешения с помощью импульсного инфракрасного лазера, луч которого имеет квадратное сечение. Работая подобно фотографическому негативу, изображение может блокировать или пропускать свет, создавая миллионы крошечных лазерных пятен, подобно пикселям, составляющим цифровое изображение.
Проецируясь на слой порошка, этот узорчатый лазерный свет может сварить всю область за один проход. Г-н ДеМут сравнивает этот процесс с изготовлением документов на печатном станке вместо того, чтобы писать их по отдельности ручкой.
В 2015 году г-н ДеМут стал одним из основателей компании Seurat Technologies для коммерциализации технологии. Эта базирующаяся в Массачусетсе фирма названа в честь Жоржа Сёра, французского художника-постимпрессиониста, который стал пионером стиля живописи под названием пуантилизм, создающего картины из точек. Несколько компаний, включая GM и Volkswagen, пару автопроизводителей, Siemens Energy, подразделение крупного немецкого концерна, и Denso, крупную японскую фирму по производству комплектующих, заключили партнерство с Seurat для изучения возможности использования первого прототипа машины для печати по площади. Этот прототип производит серию маленьких, узорчатых квадратов на слое порошка. Их размер зависит от материала. Для алюминия требуются квадраты размером 15 мм. Титан требует 13 мм. Сталь требует 10 мм. По отдельности эти квадраты могут показаться маленькими. Но 40 из них могут быть напечатаны рядом друг с другом каждую секунду, что позволяет быстро покрыть большую площадь. Прототип был разработан для работы в таком масштабе, чтобы сохранить размер лазера и количество потребляемой им энергии на практическом уровне.
С эквивалентом 2,4 м пикселей, проецируемых на каждый квадрат, машина может печатать детали со слоями толщиной всего 25 микрон (миллионные доли метра) со скоростью 3 кг в час. По словам г-на ДеМута, это в десять раз быстрее, чем обычная машина L-PBF с таким тонким разрешением. В настоящее время создаются производственные версии зонального принтера, и будущие поколения машины должны стать в конечном итоге в 100 раз быстрее.
Все это, по словам г-на ДеМута, означает, что зональная печать будет конкурентоспособна с такими массовыми заводскими процессами, как механическая обработка, штамповка и литье. В качестве примера он считает, что к 2030 году можно будет производить столовое серебро (посуду, которая сегодня изготавливается из нержавеющей стали) по цене 25 долларов за килограмм. "Это означает, что мы сможем печатать столовое серебро дешевле, чем штамповать его", - добавляет он.
Другие лазерные 3D-принтеры тоже становятся быстрее. Например, машины L-PBF могут быть оснащены несколькими лучами - хотя сложность может ограничить их количество. Совершенствуются и многие нелазерные способы печати, используя всевозможные материалы для изготовления самых разных предметов - от зданий до мостов и печенья. Так или иначе, 3D-печать, похоже, наконец-то готова дать фору традиционным заводам.
#additive manufacturing #аддитивное производство #3d печать #seurat #TheEconomist #Areaprinting
