Введение в аддитивное производство

Аддитивное производство (АП), широко известное как 3 D -печать, представляет собой процесс создания объемных изделий путем послойного объединения материалов на основе цифровых моделей. В отличие от традиционных субтрактивных методов (фрезерование, резка), АП позволяет изготавливать сложные детали с минимальными отходами. Экосистема АП активно развивается: ежегодно появляются новые материалы (пластики, металлы, биоматериалы), технологии и области применения — от машиностроения до медицины и дизайна.

История АП началась в конце XX века: первые технологии, такие как стереолитография (SLA), были разработаны в 1980-х годах Чаком Халлом. Подробное описание истории доступно в литературе на русском языке [1-3]. Согласно международному стандарту ASTM F 42, в аддитивных технологиях (АТ) выделяется семь основных методов, которые кратко названы ниже. Их описание будет равернуто на старницах этого курса. Эти технологии закреплены также в российском ГОСТ Р 57556-2017 и являются основой для развития новых технологий и поиска их приложений.

Основные методы аддитивного производства:

1. Экструзия материалов (Material Extrusion, MEX)
   Ранее известна как FDM (Fused Deposition Modeling) или FFF (Fused Filament Fabrication). Материал (например, пластиковая нить PLA или ABS ) плавится и выдавливается через сопло, формируя изделие слой за слоем. Применение: прототипы, простые детали.
2. Фотополимеризация в ванне (Vat Photopolymerization, VP)
   Включает SLA (Stereolithography) и DLP (Digital Light Processing). Жидкая смола (олигомер) отверждается лазером или светом проектора. Используется для высокоточных изделий, например, в стоматологии.
3. Селективное лазерное и электронно-лучевое плавление ( Powder Bed Fusion , PBF )
   Включает L - PBF ( Laser Powder Bed Fusion , ранее SLM — Selective Laser Melting ) и E - PBF ( Electron Beam Powder Bed Fusion ). Порошок (металл, пластик) сплавляется лазером или электронным лучом. Применение: прочные детали для авиации.
4. Струйное нанесение связующего и материала ( Binder Jetting , BJ ; Material Jetting , MJ )
   BJ : связующее напыляется на порошок, скрепляя его. MJ : материал (воск, фотополимер) наносится струйно. Используется для сложных форм и цветной печати.
5. Прямое нанесение материала (Direct Energy Deposition, DED)
   Включает гибридные технологии, такие как WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) и PAAM (Plasma Arc Additive Manufacturing), ранее известные как LMD (Laser Metal Deposition) или LENS (Laser Engineered Net Shaping). Порошок или проволока плавятся лазером/дугой. Применение: ремонт деталей, крупные конструкции.
6. Листовое соединение материалов (Sheet Lamination)
   Включает LOM (Laminated Object Manufacturing) и UAM (Ultrasonic Additive Manufacturing). Листы материала (бумага, металл) склеиваются или свариваются ультразвуком. Применение: крупные модели, гибридные изделия.
7. Биопринтинг
   Технологии печати биоматериалами для медицины (например, ткани, органы) будут рассмотрены в отдельной статье.

Литература:

1. Технологии Аддитивного Производства, Я. Гибсон, Д. Розен, Б. Стакер, Перевод с англ. под научной ред. И.В. Шишковского. Изд-во Техносфера, Москва, 2016. 656 c. ISBN: 978-5-94836-447-6.
2. Шишковский И.В. Основы аддитивных технологий высокого разрешения. Издательство Питер, СПб, 2016. — 400 c., ил., табл.; усл. п. л. 32,35. ISBN 978-5-496-02049-7.
3. Шишковский И.В. Лазерный синтез функциональных мезоструктур и объемных изделий. Москва: Физматлит, 2009. — 424 с.: 332 ил., 67 табл., 526 назв.; Уч. - изд. л. 39,1. ISBN 978-5-9221-1122-5.