CADmaster

Чтобы извлечь максимальную выгоду из возможностей, которые открывает 3D-печать, нужно прежде всего получить ясное представление о технологии, материалах и процессе проектирования. Безупречная металлическая деталь, напечатанная на 3D-принтере, — это всегда результат идеального взаимодействия этих факторов с учетом сферы применения. В отдельных областях технология 3D-печати металлами (селективное лазерное плавление) может принести реальную выгоду, обеспечив значительные улучшения в плане производительности, функциональности, эстетических характеристик или снижения веса изделий.

Цель этой статьи — показать, для решения каких задач и производства каких изделий 3D-печать металлами подходит больше всего.

1. Поглотители тепла

Теплообменники предназначены для рассеивания тепла — например, генерируемого электронными и механическими устройствами. Площадь поверхности существенно влияет на производительность поглотителя тепла, но обычно имеющееся пространство довольно ограничено. Это означает, что максимизация площади поверхности в пределах доступных границ является ключевой проблемой.

Поглотитель тепла из алюминия, предназначенный для производственного предприятия

Свобода проектирования, которую предлагает 3D-печать металлом, позволяет создавать тонкие, сложные геометрические формы и решетчатые структуры, которые оптимально используют доступное пространство. В сочетании с отличной теплопроводностью алюминия, используемого в 3D-печати, это идеальное решение для изготовления поглотителей тепла.

Алюминиевый охладитель с внутренними каналами

2. Запасные части

Спрос на запасные части обычно непостоянен, и трудно прогнозировать, когда и где понадобятся определенные детали. Хранение запчастей на полках обходится дорого — требуется хранить не только детали, но и инструменты. Благодаря аддитивному производству можно изготавливать запчасти на месте и по мере необходимости, избегая складирования запасов и трансформируя все каналы поставок.

Чтобы извлечь максимальную выгоду из технологии с точки зрения использования материала, а также веса и функциональности, рекомендуется выполнять перепроектирование. Но чем больше компаний будет внедрять аддитивное производство для выпуска первых партий, тем проще станет процесс управления запасными частями.

Установка поперечного рычага подвески из титана на гоночный автомобиль InMotion

3. Структурные компоненты

Такие области, как бионика и структурная оптимизация, демонстрируют большой потенциал для промышленного применения. Структуры, созданные в результате топологической оптимизации, могут иметь очень сложную форму. Благодаря свободе изменения геометрии, которую дает 3D-печать металлом, сложная форма может быть реализована с меньшим количеством ограничений или доработок, связанных с производственным процессом.

Благодаря отличным механическим свойствам металла, используемого в аддитивном производстве, структурные компоненты становятся легче и требуют меньше материала без ущерба для прочности. Такой подход открывает большие возможности для проектирования структурных компонентов.

Алюминиевое устройство с каналами охлаждения

4. Инструменты

В инструментальной промышленности особо актуален вопрос сокращения затрат. Контроль этих затрат может быть частично осуществлен путем оптимизации производительности машины и сокращения отходов. Одно из решений — использование конформного охлаждения. В процессе изготовления инструментов с помощью аддитивного производства сложнейшие каналы охлаждения могут быть интегрированы близко к поверхности детали. Это приводит к оптимизации потока тепла и экономии времени охлаждения, уменьшая риск деформации и улучшая качество деталей.

Для деталей, которые настолько сложны, что для их производства обычными методами потребуются трудоемкие и дорогостоящие инструменты, аддитивные технологии могут иметь неоспоримые преимущества.

5. Медицинские приспособления

Массовая кастомизация может быть стабильно реализована только посредством 3D-печати, где гибкость проектирования не ставит под угрозу экономическую эффективность. По этой причине медицинская промышленность была одной из первых отраслей, освоивших аддитивное производство для изготовления индивидуальных приспособлений, таких как имплантаты и персонализированные медицинские устройства.

Титановый имплантат бедра, изготовленный индивидуально для пациента

Биосовместимость титана, используемого в 3D-печати, в сочетании с возможностью создания сложных структур открыла новые возможности для минимизации хирургического вмешательства, стимулирования врастания кости и повышения мобильности пациента. На этом уровне адаптации к индивидуальным требованиям пациента и пожеланиям заказчиков трехмерная печать является единственным технически возможным и рентабельным методом производства.

6. Пищевая промышленность

Компании по производству и переработке пищевых продуктов часто нуждаются в изготовленных на заказ деталях. Создание инструментов для изготовления мелких серий часто приводит к увеличению затрат на производство. Стоимость 3D-печати, которая не зависит от объема партии, дает возможность снизить расходы.

Титановая форсунка со сложными внутренними каналами

Кроме того, биосовместимость титана, используемого в 3D-принтерах, позволяет ему иметь прямой контакт с продуктами и жидкостями. В сочетании с гибкостью проектирования это открывает возможность изготавливать более функциональные и сложные комплексные компоненты, используемые для фиксации, подачи и хранения продуктов питания. Повышая функциональность, мы можем сократить количество компонентов, а это уменьшает риск простоев и необходимость в техническом обслуживании.

7. Мода и дизайн

Привлеченные возможностью создания необычных форм и конфигураций — из соображений как эстетики, так и функциональности, — дизайнеры и художники проводили эксперименты с 3D-печатью с первых дней существования технологии. По мере того как печать металлом становится доступнее, открываются новые возможности для создания таких вещей, которые раньше были немыслимы. Кастомизированные ювелирные изделия, очки, дизайнерские объекты и аксессуары могут быть изготовлены из различных материалов и покрытий, ассортимент которых постоянно расширяется.

Легкая обувь с титановым каблуком от Scherf Design

В этой отрасли, где брендам для поддержания конкурентоспособности требуется постоянно обновлять дизайн, аддитивное производство будет оптимальным выбором благодаря экономичности мелкосерийного производства и быстроте изготовления.

8. Промышленная автоматизация

У каждого проекта промышленной автоматизации свои собственные требования, которые предполагают разработку индивидуальных решений. 3D-печать решает эту проблему за счет рентабельного производства небольших партий и неограниченных возможностей проектирования. Комплексная интегрированная функциональность позволяет захватам и зажимным устройствам использовать меньшее количество компонентов и меньше ручной сборки. Оптимизация объемов приводит к производству более легких и недорогих захватов, которые позволяют роботам функционировать на оптимальной скорости.

Оптимизированный по весу алюминиевый пневматический захват

Высокая прочность и небольшой вес алюминия, используемого в трехмерной печати, делает его подходящим для разработки надежных индивидуальных решений автоматизации, в то время как нержавеющая сталь может использоваться там, где необходимо соблюдать условия безопасности продуктов питания.

Скачать статью в формате PDF — 2.58 Мбайт