Мировые практики 3D-печати

Статьи · 25 января 2023

Ранний период

По сравнению с традиционном 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 традиционном 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

Традиционное производство vs. аддитивное

Традиционное производство vs. аддитивное Статьи · 20 сентября 2022 3D-печать позволяет изготовить металлическое изделие с геометрией практически любой сложности за несколько часов, обладая при этом высоким коэффициентом использования материала. Но…

Подробнее

ДРУГИЕ СТАТЬИ