УДК 006.9

Аддитивные технологии в производстве

Манкиева Хава Яхьяевна – студент Инженерно-технического факультета Ингушского государственного университета.

Богатырев Магомед Бесланович – студент Инженерно-технического факультета Ингушского государственного университета.

Научный руководитель Гатиев Магомед Шамильевич – старший преподаватель кафедры Машиноведения Ингушского государственного университета.

Аннотация: Металл как материал для производства знаком человечеству с древности. Но и по сегодняшний день продолжают появляться и совершенствоваться новые сферы и методы его применения.

Благодаря промышленной революции были разработаны аддитивные технологии. Это методы изготовления деталей, основанные на создании объектов послойным добавлением компонента. Для реализации этих технологий используются 3D-принтеры.

Abstract: Metal as a production material has been familiar to mankind since antiquity. But even to this day, areas and methods of using metal continue to emerge and evolve.

Thanks to the industrial revolution, additive technologies have been developed. These are methods of manufacturing parts based on creating objects by layer-by-layer addition of a component. 3D printers are used to implement these technologies.

Ключевые слова: 3d-печать, промышленность, развитие, металлы, трехмерные объекты.

Keywords: 3d printing, industry, development, metals, three-dimensional objects.

Производство печати металлом на принтере позволит перспективно развиваться промышленной сфере, даст возможность сократить энергетические затраты, и практически исключить производственные отходы [1;c.72].

Машиностроительные и металлообрабатывающие предприятия стоят перед выбором, какие технологии использовать, – новаторские технологии 3d-печати или традиционные. Разумеется, вытеснение традиционных технологий произойдет не сразу, а лишь со временем, так как для этого процесса нужна длительная подготовка. Существуют различные виды аддитивных технологий на производстве, мы рассмотрим основные из них.

Селективное лазерное плавление является самой распространённой формой аддитивной технологии, применяется в медицине, машиностроении, нефтегазовой промышленности. Путем обработки металлов с применением 3D-технологий изготавливаются:

  • агрегатные и узловые детали;
  • цельнометаллические сложные конструкции;
  • штампы и прототипы;
  • формы для литья.

При традиционном процессе изготовления деталей от болванки отсекается лишнее. По аддитивному методу происходит наращивание объема с нуля. Это позволяет не только избежать производственных отходов, но и уменьшить время изготовления деталей. Например, деталь, на изготовление которой стандартным методом уходит 196 часов, по аддитивным технологиям производится за 8 часов. Разница очевидна [2;c.38].

Каждый год появляются все новые металлические сплавы, используемые в 3D-принтерах. В настоящее время для этих целей применяется примерно 20 типов металлов, которые заранее были протестированы и допущены к работе.

Аддитивная технология на сегодняшний день представлена различными методами. Самым упрощенным и доступным из них считается печать на пластике. Используемый материал имеет в своем составе вкрапления металлического порошка, что позволяет изготавливать сходные с оригиналами детали. В основном эту технологию применяют для производства сувениров, декора, бижутерии.

Fused Deposition Modeling или FDM представляет собой технологию, с помощью которой можно слой за слоем печатать изделия, функциональные прототипы и детали из металлических термопластиков инженерного уровня. Полученные модели сложны в построении, устойчивы к нагрузкам, в целом ничем не уступают оригинальным изделиям [5;c.21].

Также существует метод объемной печати с использованием металлических сплавов и порошков. Эта смесь превращается в изделие с помощью лазера.

Методы SLM (селективное лазерное сплавление) и DMLS (прямое лазерное спекание) характеризуются послойным сплавлением металлического порошка. Похож на них метод SLS, при котором порошок нагревается до высоких температур, а затем его частицы и слои спекаются друг с другом лазером.

Binder Jetting – частицы металлического порошка связываются специальным составом, а затем изделие обжигается в печи, где материал сплавляется в единую конструкцию. Методы лазерной наплавки, сплавки и спекания имеют общий принцип с технологией воздействия на частицы металла электронным лучом (EBM).

Для работы с металлическими порошками необходимо соблюдать особые условия, так как они обладают высокой реактивностью. При их применении используются камеры с инертным газом [7;c.13].

Для 3D-печати используются чаще всего металлы:

  • титан, знаменитый своей универсальностью, небольшим весом, прочностью;
  • алюминий, который имеет множество свойств качественных тяжеловесных сплавов;
  • медь, которая используется для создания пластиковых форм;
  • железо, которое используется как примесь к основному металлу;
  • нержавеющая сталь, которая хорошо взаимодействует с другими компонентами в сплавах.

Разработка и внедрение новых технологий, в частности аддитивных, позволит увеличить конкурентоспособность производства.

Несмотря на рассмотренные нами плюсы применения аддитивных технологий, в таком типе производства имеются и свои трудности.

Во-первых, высокая стоимость оборудования и расходного материала. Несмотря на стоимость, в дальнейшем затраты себя оправдывают за счет экономии времени и используемых материалов. По стандартному типу производства в металлургии половина материала уходит в отходную часть. В некоторых производствах этот показатель доходит и до 90%. При применении аддитивной технологии производство становится почти на 100% безотходным. Также кардинально улучшаются показатели качества изготовленной продукции, детали получаются легче и прочнее своих оригиналов. Следовательно, возрастает срок службы изготовленной продукции.

Во-вторых, не разработаны технологические документы для работы с данным типом производства.

В-третьих, отсутствует статистическая база для оценки качества полученных изделий.

В-четвертых, наблюдается нехватка квалифицированного персонала для работы с данным типом производства. Старшее поколение, выросшее на классической, ручной форме производства, не воспринимает новые технологии серьезно [6;c.43].

При внедрении и создании проекта аддитивных технологий необходимо учитывать все эти нюансы. Аддитивная технология, относится к долгосрочным инвестициям. Хорошо наладив ее один раз в дальнейшем можно только пожинать плоды своих усилий.

Также необходимо наладить отношения и партнерство с учебными заведениями, где будут готовить будущих профессионалов.

Итак, при внедрении аддитивной технологии необходимо:

  • разработать стратегию;
  • обучить и подобрать персонал;
  • рассчитать финансовые вложения и расходы.

Единственный фактор, который невозможно учесть, это время, которое необходимо для наладки и внедрения новой системы в производство.

Список литературы

  1. Автоматизация процессов управления тепловыми агрегатами Булчаев НД, Мержоева М.С, Цицкиев М.М., Гатиев М.Ш., Чевычелов С. А, Олигов Р.И. В сборнике: Современные инновации в науке и технике. Сборник научных статей 12-й Всеросийской научно-технической конференции с международным участием. международным участием. Отв. редактор М.С.Разумов. Курск, 2022. С.25-253.
  2. Амблер, С. Гибкие технологии: экстремальное программирование и унифицированный процесс разработки / С. Амблер. - М.: СПб: Питер, 2017. - 416 c.
  3. Дискретное представление образующих при проектировании конструкций сборных инструментов Мержоева М.С, Гатиев М.Ш., Сайнороева АХ., Бурсагова Л.М., Алхоев Р.М., Озиев В.М. Перспективы науки. 2016. № 9 (84). С 7-11.
  4. Обзор труднообрабатываемых металлов - высокопрочных сплавов Цечоева АХ., Гатиев М.Ш., Антошкиева ДБ. Наука и бизнес: пути развития. 2021. № 2 (116). С 24-28
  5. Особенности процесса формообразования отверстия процессом протягивания в труднообрабатываемых материалах Гатиев М.Ш., Мержоева М.С., Чевычелов СА Наука и бизнес: пути развития. 2021. № 3 (117). С 8-11
  6. Сироткин О.С. Современное состояние и перспективы развития аддитивных технологий // Авиационная промышленность. 2019. № 2. С. 22-25.
  7. Федоров Введение в OLAP-технологии Microsoft / Федоров, Елманова Алексей; , Наталья. - М.: Диалог-Мифи, 2020. - 268 c.
  8. Шевченко Д.Ю. Аддитивные технологии в машиностроении // Комплексные проблемы развития науки, образования и экономики региона: Научно-практический журнал Коломенского института (филиала) МГМУ (МАМИ). № 2 (7). С. 89-97
  9. Challenges of forming holes by a twist drill in hard-to-cut materials Merzhoeva M.S., Gatiev M.S., Maslennikov AV., Chevychdov S.A. Components of Scientific and Technological Progress. 2016. № 3 (29). C 38-42.

Интересная статья? Поделись ей с другими: