Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Июня 2015 в 08:26, реферат
Основным преимуществом использования технологий 3D - печати является возможность создания геометрических форм практически неограниченной сложности. Использование высококонцентрированных источников энергии позволяет получать как прототипы так и полноценные металлические изделия не требующие последующей механической обработки. При этом условно можно разделить такие методы на две группы, к первой группе относятся методы в основе которых лежит расплавление исходных порошков, ко второй группе относятся методы основанные на спекании, при этом спекание может происходить как в процессе выращивания изделия, так и после формирования нужной геометрии изделия.
1 Аддитивные технологии ……………………………………………………….2
2 Основные методы аддитивного производства………………………………..4
2.1 Производство произвольных форм электронно-лучевой плавкой ………..4
2.2 Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)..…………………………..…5
2.3 Выборочная лазерная плавка (SLM)……………..…………………………..6
2.4 Выборочное лазерное спекание (SLS)………………..…………………...…7
Заключение………………………………………………………………………...9
Список использованных источников…………………………………………...10
Высокоэнергетические методы обработки
«Аддитивные технологии производства изделий, основанные на использовании высококонцентрированных источников энергии»
Содержание
1 Аддитивные технологии ……………………………………………………….2
2 Основные методы аддитивного производства………………………………..4
2.1 Производство произвольных форм электронно-лучевой плавкой ………..4
2.2 Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)..…………………………..…5
2.3 Выборочная лазерная плавка (SLM)……………..…………………………..6
2.4 Выборочное лазерное спекание (SLS)………………..…………………...…7
Заключение……………………………………………………
Список использованных источников…………………………………………...
1 Аддитивные технологии
Быстрое прототипирование (Rapid Prototyping - RP) - это создание прототипа по специальным технологиям за считанные часы, а не дни или недели, которые требуются для создания прототипов по традиционным технологиям.
Аддитивные технологии (AF - Additive Fabrication) - это класс технологий, в которых деталь формируется наращиваем материала, а не удалением его из заготовки, как в традиционных. Существует множество технологий, которые можно назвать аддитивными, объединяет их одно: построение модели происходит путем добавления материала (от англ. аdd – "добавлять") в отличие от традиционных технологий, где создание детали происходит путем удаления "лишнего" материала.
Из металлических порошков "выращивают" заготовки пресс-форм, специальные инструменты, оригинальные детали сложной конфигурации, которые затруднительно или невозможно получить литьем или механообработкой, импланты и эндопротезы и многое другое. Уже сейчас при штучном и мелкосерийном производстве зачастую становится экономически выгодным "вырастить" небольшую партию деталей на SLS-машине, чем изготавливать литейную или штамповую оснастку. В сочетании с HIP (Hot Isostatic Pressing – горячее изостатическое прессование) и соответствующей термообработкой такие детали не только не уступают литым или кованым изделиям, но и превосходят их по прочности на 20–30%.
Наиболее распространенное применение 3D-печати – это создание прототипов изделия. Модели реальных размеров помогают оценить функциональность и исключить возможность различных ошибок перед серийным производством изделия.
Традиционные производственные методы вроде литья под давлением могут обходиться дешевле при производстве крупных партий полимерных изделий, но аддитивные технологии обладают преимуществами при мелкосерийном производстве, позволяя достигнуть более высокого темпа производства и гибкости дизайна, наряду с повышенной экономичностью в пересчете на единицу произведенного товара.
2.1 Производство произвольных форм электронно-лучевой плавкой (EBFȝ)
На основе электронно-лучевой плавки можно создавать не только прототипы в 3D моделях, но и полноценные функциональные детали.
При осуществлении всех электронно-лучевых процессов электронный пучок используют в качестве энергоносителя, который в соответствующем виде воздействует на обрабатываемый материал. Пучок генерируется в электронной пушке и через выходное отверстие пушки выводится в технологическую вакуумную камеру. В ней размещены или в неё вводятся объекты электронно-лучевого процесса - заготовки или материалы.
При встрече электронного пучка с веществом кинетическая энергия электронов пучка.взаимодействующих с атомами вещества, в результате ряда элементарных процессов превращается в другие формы энергии. При сварке, плавке, испарении и термической обработке используется возникающая при этом тепловая энергия. При нетермической обработке и других процессах химической электронно-лучевой технологии столкновения электронов пучка с атомами и молекулами возбуждают и ионизируют последние, вызывая химические реакции между ними. Эти эффекты воздействия электронного пучка на вещество и определяет области электронно-лучевой технологии.
Концепция EBF3 основана на постройке «практически готовых форм» («Near-net-shape»). Это означает, что изделия создаются на основе трехмерных цифровых моделей с настолько высокой точностью, что механическая обработка и доводка изделий практически не требуется.
Современные производственные методы с использованием программного управления основываются на обработке трехмерной цифровой модели для создания алгоритмов, используемых в машинной обработке (G-code). Алгоритмы служат для определения траектории движения режущих инструментов в процессе создания готового изделия из болванки. В случае с EBFȝ процесс имеет прямо противоположное направление: те же самые цифровые модели используются для выработки производственных алгоритмов, регулирующих не удаление лишней массы, а нанесение необходимого материала. Технология использует электронные излучатели высокой мощности в вакуумной камере для плавки металла. Электронный пучок передвигается по рабочей поверхности, повторяя контуры цифровой модели, в то время как металлическая проволока постепенно подается в точку фокусирования пучка. Расплавленный материал немедленно застывает, формируя прочные слои заданной модели. Процесс повторяется до построения цельной модели, требующей лишь минимальной обработки внешней поверхности.
Технология EBFȝ позволяет создавать объекты размером от нескольких миллиметров до нескольких метров. Практические ограничения по объему построения накладываются физическими размерами вакуумной рабочей камеры и количеством доступного расходного материала.
2.2 Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)
Порошковый материал подается в рабочую камеру в количествах, необходимых для нанесения одного слоя. Специальный валик выравнивает поданный материал в ровный слой и удаляет излишний материал из камеры, после чего лазерная головка спекает частицы свежего порошка между собой и с предыдущим слоем согласно контурам, определенным цифровой моделью. После завершения вычерчивания слоя, процесс повторяется: валик подает свежий материал, и лазер начинает спекать следующий слой.
Привлекательной особенностью этой технологии является очень высокое разрешение печати – в среднем около 20 микрон.
Другой интересной особенностью процесса является отсутствие необходимости построения опор для нависающих элементов конструкции. Неспеченный порошок не удаляется во время печати, а остается в рабочей камере. Таким образом, каждый последующий слой имеет опорную поверхность. Кроме того, неизрасходованный материал может быть собран из рабочей камеры по завершении печати и использован заново. DMLS производство можно считать фактически безотходным, что немаловажно при использовании дорогих материалов – например, драгоценных металлов.
Технология практически не имеет ограничений по геометрической сложности построения, а высокая точность исполнения минимизирует необходимость механической обработки напечатанных изделий.
2.3 Выборочная лазерная плавка (SLM)
Официальным термином для описания технологии является «лазерное спекание», хотя он несколько не соответствует действительности, так как расходные материалы подвергаются не спеканию, а полной плавке до образования гомогенной массы
Процесс печати начинается с разделения цифровой трехмерной модели на слои толщиной от 20 до 100 микрон. Готовый файл в стандартном формате STL используется в качестве чертежей для построения физической модели.Производственный цикл состоит из нанесения тонкого слоя порошка на рабочую поверхность – как правило, металлический стол, способный передвигаться в вертикальном направлении. Процесс печати протекает в рабочей камере, заполняемой инертными газами (например, аргоном). Отсутствие кислорода позволяет избегать оксидации расходного материала, что делает возможной печать такими материалами, как титан. Каждый слой модели сплавляется, повторяя контуры слоев цифровой модели. Плавка производится с помощью лазерного луча, направляемого по осям X и Y двумя зеркалами с высокой скоростью отклонения. Мощность лазерного излучателя достаточно высока для плавки частиц порошка в гомогенный материал.
Технология выборочной лазерной плавки применяется для построения объектов сложной геометрической формы, зачастую с тонкими стенками и полостями. Возможность комбинирования гомогенных и пористых структур в одном объекте полезна при создании имплантатов – например, ацетабулярных чашек или других ортопедических имплантатов с пористой поверхностью, способствующей остеоинтеграции (сращиванию с костной тканью).
2.4 Выборочное лазерное спекание (SLS)
Технология (SLS) подразумевает использование одного или нескольких лазеров для спекания частиц порошкообразного материала до образования трехмерного физического объекта. В качестве расходных материалов используются пластики, металлы керамика или стекло. На рисунке 1 представлена схема работы подобного принтера.
Спекание производится за счет вычерчивания контуров, заложенных в цифровой модели с помощью одного или нескольких лазеров. По завершении сканирования рабочая платформа опускается, и наносится новый слой материала. Процесс повторяется до образования полной модели.
Так как плотность изделия зависит не от продолжительности облучения, а от максимальной энергии лазера, в основном используются пульсирующие излучатели. Перед началом печати расходный материал подогревается до температуры чуть ниже точки плавления, чтобы облегчить процесс спекания.
Заключение
Основным преимуществом использования технологий 3D - печати является возможность создания геометрических форм практически неограниченной сложности. Использование высококонцентрированных источников энергии позволяет получать как прототипы так и полноценные металлические изделия не требующие последующей механической обработки. При этом условно можно разделить такие методы на две группы, к первой группе относятся методы в основе которых лежит расплавление исходных порошков, ко второй группе относятся методы основанные на спекании, при этом спекание может происходить как в процессе выращивания изделия, так и после формирования нужной геометрии изделия.
1. Энциклопедия 3D-печати [Электронный
ресурс]//Сообщество владельцев 3D-принтеров,
2013-2015. URL: http://3dtoday.ru/wiki/3D_
2. Беленький В.Я., Язовских В.М. «Электронно-лучевая, лазерная и ионно-лучевая обработка материалов». Пермь, 1995.