Мировые практики 3D-печати
Статьи · 25 января 2023
Ранний период
По сравнению с традиционным способом изготовления пластиковых или металлических изделий, 3D-печать зародилась совсем недавно. Началом существования этой молодой отрасли считаются 1980 годы, когда японский изобретатель Хидео Кодама пытался найти способ разработать систему быстрого прототипирования. Он придумал послойный подход к производству с использованием светочувствительной смолы, полимеризуемой под действием УФ-излучения, но тогда ему не удалось запатентовать свое изобретение. В 1983 году инженер из США Чак Халл напечатал первое изделие на прототипе электролитного 3D-принтера – небольшой пластиковый стаканчик. Считается, что именно это изделие положило начало 3D-печати, а первой запатентованной технологий стала SLA или стереолитография. В 1988 году Халл основал корпорацию 3D Systems, и в этом же году компания выпустила первый коммерческий 3D-принтер SLA, SLA-1.
Примерно в это же время ученый-изобретатель из Техасского университета Карл Декард разработал технологии селективного лазерного спекания (SLS). Если раньше в качестве расходного материала использовались жидкости, то теперь 3D-принтер начал плавить с помощью лазера порошки из полимерного материала. Тогда изобретение запатентовала компания DTM Corporation, которая в последствии станет частью американского бренда 3D Systems.
Металлическое аддитивное производство зародилось в Германии. В 1989 г Ханс Лангер основал в Германии компанию EOS. Именно она запатентовала технологию прямого лазерного спекания металлов или DMLS, а в 1994 году разработала первый металлический 3D-принтер — EOSINT M250. В этой машине использовалась смесь металлических порошков — например, бронзы и никеля — один из которых имел низкую температуру плавления, необходимую для формирования связующей матрицы между материалами. Первые детали из полностью плотного металла без пор, напечатанные на 3D-принтере, появились только в 2004 году, когда компания разработала принтер EOSINT M270, оснащенный 200-ваттным волоконным лазером, способным расплавить отдельные металлические частицы.
Эти две компании – EOS и 3D Systems – стали основоположниками 3D-печати, на данный момент превратившись в мировых коммерческих гигантов, поставляющих свои принтеры в различные уголки земного шара.
Стремительное развитие
В двухтысячные годы EOS и другие аддитивные производители усердно работали над улучшением своей продукции. Некоторые принтеры стали оснащать двумя или даже четырьмя лазерами, а их мощность увеличилась в пять и более раз. Использование вакуума или инертных газов, таких как аргон, вместе с плотно закрытыми рабочими камерами способствовало получению более надежных с металлургической точки зрения заготовок. 3D Systems приобщилась к металлической 3D-печати только в 2013 году. Тогда компания, работая совместно с французским производителем Phenix Systems, добавила в свой портфель продуктов технологию DMP или прямую металлическую печать. Со временем она сильно усовершенствовалась благодаря внедрению бескислородной среды – при достижении вакуума в камере построения, кислород и азот удалялся из порошка. Это ключевая особенность для изготовления авиационных и медицинских изделий из титана, так как обычно этот материал вступает в реакцию с кислородом. Метод обеспечивает постоянное качество порошка и, следовательно, более однородные детали, но также упрощает работу с материалами и сокращает время простоя оборудования.
В период с 2002 по 2014 год истек срок действия более 200 ранних патентов, и это способствовало развитию не только промышленной, но и любительской 3D-печати. Здесь наиболее интересен проект RepRap, он носит одноименное название с принтером, сделанным из недорогих пластиковых компонентов для печати деталей других принтеров. Предполагается, что таким образом устройство станет самовоспроизводящимся и будет развиваться по мере того, как пользователи будут улучшать дизайн. Проект имеет открытый исходный код, и поэтому дизайнеры могут свободно вносить изменения, если они позволяют другим свободно использовать свои работы.
Прогнозы
По данным исследования консалтинговой компании MOST-маркетинг прогнозируется, что объем мирового рынка 3D-печати к 2026 году достигнет 34,8 млрд долларов, при среднегодовом темпе роста в 22,5%. Простота разработки индивидуальных изделий, снижение производственных затрат и времени простоя, государственные инвестиции в проекты 3D-печати и разработка новых материалов – основные факторы, ускоряющие рост рынка. Ожидается, что высоких темпов роста достигнет именно промышленная 3D-печать в течение прогнозируемого периода. Наиболее активными в своем развитии станут такие отрасли рынка, как самолетостроение, автомобильная промышленность и изготовление медицинских имплантов.
Ранний период
По сравнению с традиционным способом изготовления пластиковых или металлических изделий, 3D-печать зародилась совсем недавно. Началом существования этой молодой отрасли считаются 1980 годы, когда японский изобретатель Хидео Кодама пытался найти способ разработать систему быстрого прототипирования. Он придумал послойный подход к производству с использованием светочувствительной смолы, полимеризуемой под действием УФ-излучения, но тогда ему не удалось запатентовать свое изобретение. В 1983 году инженер из США Чак Халл напечатал первое изделие на прототипе электролитного 3D-принтера – небольшой пластиковый стаканчик. Считается, что именно это изделие положило начало 3D-печати, а первой запатентованной технологий стала SLA или стереолитография. В 1988 году Халл основал корпорацию 3D Systems, и в этом же году компания выпустила первый коммерческий 3D-принтер SLA, SLA-1.
Примерно в это же время ученый-изобретатель из Техасского университета Карл Декард разработал технологии селективного лазерного спекания (SLS). Если раньше в качестве расходного материала использовались жидкости, то теперь 3D-принтер начал плавить с помощью лазера порошки из полимерного материала. Тогда изобретение запатентовала компания DTM Corporation, которая в последствии станет частью американского бренда 3D Systems.
Металлическое аддитивное производство зародилось в Германии. В 1989 г Ханс Лангер основал в Германии компанию EOS. Именно она запатентовала технологию прямого лазерного спекания металлов или DMLS, а в 1994 году разработала первый металлический 3D-принтер — EOSINT M250. В этой машине использовалась смесь металлических порошков — например, бронзы и никеля — один из которых имел низкую температуру плавления, необходимую для формирования связующей матрицы между материалами. Первые детали из полностью плотного металла без пор, напечатанные на 3D-принтере, появились только в 2004 году, когда компания разработала принтер EOSINT M270, оснащенный 200-ваттным волоконным лазером, способным расплавить отдельные металлические частицы.
Эти две компании – EOS и 3D Systems – стали основоположниками 3D-печати, на данный момент превратившись в мировых коммерческих гигантов, поставляющих свои принтеры в различные уголки земного шара.
Стремительное развитие
В двухтысячные годы EOS и другие аддитивные производители усердно работали над улучшением своей продукции. Некоторые принтеры стали оснащать двумя или даже четырьмя лазерами, а их мощность увеличилась в пять и более раз. Использование вакуума или инертных газов, таких как аргон, вместе с плотно закрытыми рабочими камерами способствовало получению более надежных с металлургической точки зрения заготовок. 3D Systems приобщилась к металлической 3D-печати только в 2013 году. Тогда компания, работая совместно с французским производителем Phenix Systems, добавила в свой портфель продуктов технологию DMP или прямую металлическую печать. Со временем она сильно усовершенствовалась благодаря внедрению бескислородной среды – при достижении вакуума в камере построения, кислород и азот удалялся из порошка. Это ключевая особенность для изготовления авиационных и медицинских изделий из титана, так как обычно этот материал вступает в реакцию с кислородом. Метод обеспечивает постоянное качество порошка и, следовательно, более однородные детали, но также упрощает работу с материалами и сокращает время простоя оборудования.
В период с 2002 по 2014 год истек срок действия более 200 ранних патентов, и это способствовало развитию не только промышленной, но и любительской 3D-печати. Здесь наиболее интересен проект RepRap, он носит одноименное название с принтером, сделанным из недорогих пластиковых компонентов для печати деталей других принтеров. Предполагается, что таким образом устройство станет самовоспроизводящимся и будет развиваться по мере того, как пользователи будут улучшать дизайн. Проект имеет открытый исходный код, и поэтому дизайнеры могут свободно вносить изменения, если они позволяют другим свободно использовать свои работы.
Прогнозы
По данным исследования консалтинговой компании MOST-маркетинг прогнозируется, что объем мирового рынка 3D-печати к 2026 году достигнет 34,8 млрд долларов, при среднегодовом темпе роста в 22,5%. Простота разработки индивидуальных изделий, снижение производственных затрат и времени простоя, государственные инвестиции в проекты 3D-печати и разработка новых материалов – основные факторы, ускоряющие рост рынка. Ожидается, что высоких темпов роста достигнет именно промышленная 3D-печать в течение прогнозируемого периода. Наиболее активными в своем развитии станут такие отрасли рынка, как самолетостроение, автомобильная промышленность и изготовление медицинских имплантов.
ДРУГИЕ СТАТЬИ
Спецприз Ростеха на Гонке Чемпионов получил спортсмен из Нижнего Новгорода
Уникальный трофей, имеющий очертания ледовой трассы соревнований, по итогам народного голосования получил гонщик Максим Туриев. Приз вручил победителю генеральный директор Центра аддитивных технологий (ЦАТ) Госкорпорации Ростех Владислав Кочкуров. Напомним, статуэтка…
ДРУГИЕ СТАТЬИ
