Аддитивное производство, часто ошибочно в средствах массовой информации называемое 3D печатью, представляет собой быстро растущий рынок. Если требуются цифры: в 2014 году был зарегистрирован самый высокий за 17 лет совокупный ежегодный темп роста на уровне 34,9 %. Согласно отчету Wohlers 2014 Обзор прогресса в сфере аддитивных производств технологию чаще всего используют промышленный сектор и сектор офисной техники, с долей на рынке в 18,5 %, за которыми следуют электронные товары, транспортные средства и медицинское оборудование. Аэрокосмическая отрасль – это другой пример того как компании, такие как Аэробус, используют аддитивные технологии при производстве сложных механических деталей для самолетов нового поколения.
Оборудование для аддитивных технологий, хоть ошибочно и называют 3D-принтерами, отличается, как небо и земля, от обычных 2D-принтеров. Если выделить главное – это оборудование, которое позволяет наслаивать материалы, чтобы сделать детали или объекты, исходя из данных трехмерной модели, под управлением компьютера. Само аддитивное производство является неотъемлемой частью процесса разработки, используемой для изготовления макетов, инструментов и промышленных деталей. Вместо того чтобы выпиливать деталь из твердого блока, из тончайших порошков и жидкостей создается 3D-конструкция. На самом деле существует множество различных категорий процессов, и принципы аддитивного производства могут применяться в абсолютно разных областях.
Случайная история
Значимость заключается в том, что создание объектов путем последовательного добавления материала стара, как сам мир. Задумайтесь о производстве керамики до появления гончарного круга или о том, как строит свое гнездо ласточка. На самом деле, это самый естественный способ изготовления сложных конструкций. Кроме того, процессы изготовления трехмерных фотографий и карт были запатентованы с 1800-х годов.
Значит, никого этим не удивишь? Не совсем так, поскольку только после развития компьютерных технологий все трехмерное моделирование неотделимо от понятия аддитивных технологий и их развития. Импульс был дан американской автомобильной промышленность, которая встретила серьезную конкуренцию со стороны японских производителей в 1800-ые годы. Главными проблемами были время и стоимость, разработка новых моделей занимала очень много времени и стоила очень дорого. В результате были разработаны новые процессы по «быстрому прототипированию» - группа методов, которая использовалась для быстрого построения точной модели физической детали, используя программное обеспечение CAD, что и положило начало современным аддитивным технологиям.
Быстрота в изготовлении
Преимущества аддитивных технологий кроются в тех областях, где обычное производство ограничено определенными рамками. Если такая ситуация имеет место, то в процессе производства инженерами будет предусмотрена модификация или модернизация. Теперь при использовании аддитивных технологий существует возможность с лету перепроектировать или рационализировать без потери во времени и лишних затрат. Это дает значительные преимущества: сжатый график производства, повышение качества продукции, более разнообразные проекты и, в конце концов, увеличение доходов.
Эта оптимизация традиционного производства (сжатие процессов) также подразумевает и снижение степени воздействия на окружающую среду. Механизмы способны распознать файлы CAD и определить, сколько времени потребуется для производства детали и сколько для этого потребуется материала еще до процесса производства, в результате - отходы минимальны, время сэкономлено. В итоге: более гибкая разработка продукта и процесс проектирования для производства по мере необходимости. Это интересный проект для производства деталей малого веса для автотранспорта и воздушных судов, зубных имплантатов или искусственного тазобедренного сустава, которые разработаны по индивидуальному заказу. Это подразумевает под собой полный цикл свободы при перепроектировании без штрафных санкций.
Аргумент в пользу стандартов
Несмотря на очевидные преимущества, существует и ряд вопросов. Одним из камней преткновения для наиболее широкого применения этой технологии является отсутствие поддерживающих норм и промышленных стандартов. Аддитивным технологиям трудно конкурировать с традиционными методами; у аддитивных технологий нет возможности проникнуть в компании с процентом брака несколько случаев на миллион. Ряд стандартов может способствовать обеспечению уровня воспроизводимости и предоставить бизнесу и производителям столь необходимую уверенность, что процессы, материалы и технологии при использовании в аддитивных технологиях безопасны и надежны.
Но с чего же начать? Для Йорга Ленца (Jörg Lenz), председателя технического комитета ISO/TC 261 Аддитивные производства (АМ) одной из проблем является «какие приложения и части подходят для стандартизации аддитивных производств и, соответственно, их выбор». Традиционные области применения аддитивных производств включают в себя подгонку и сборку, изготовление образца макета и металлическое литье модели представления, наглядного образца, а также обучение и научные исследования для улучшения взаимодействия, более быстрой разработки продукта и уменьшения количества дефектных частей. Но все это хорошо известные области, где не существует необходимости в применении промышленных стандартов.
По мнению Класа Бойви (Klas Boivie), председателя ISO/TC 261 WG 1 по АМ терминологии, рынок сбыта функциональных элементов дошел до впечатляющих 29%, в то время как детали инструментальной оснастки находятся на уровне 5,6%. Функциональные части охватывают все от аэрокосмической отрасли до стоматологии и медицины, так как эти продукты часто выполняют важнейшие функции, и существует растущая потребность в стандартах для удовлетворения потребностей во всех этих областях.
Как и в любой сфере, где присутствуют стандарты, процесс стандартизации должен соответствовать потребностям рынка. Вокруг аддитивных технологий было много шумихи, что вызвало интерес едва ли не всей аудитории. Но эта наука молода, она будет развиваться и набираться опыта в течение долгого времени, как накапливаются знания и технологии, и разработка любых стандартов должна оставлять место для инноваций. С точки зрения Ленца (Lenz) «международные стандарты действительно необходимы для того, чтобы обеспечить ясность и развеять опасения, гарантировать надежность, безопасность и признание, а также для продвижения технологии на рынке».
Растем вместе
Процесс стандартизации должен соответствовать потребностям рынка
Интерес к стандартам в сфере аддитивных производств появился относительно недавно. «Инициатива исходила от сообщества по Аддитивным технологиям», - объясняет Бойви (Boivie). «Было совершенно ясно, что эта технология имеет возможности для более широкого промышленного применения, но производство было замедлено и к использованию технологии относились скептически, разве что для специальных или не очень важных приложений». Это и побудило группу основных специалистов международного сообщества по аддитивным производствам инициировать дискуссию о создании технических стандартов в сфере аддитивных технологий. Но поскольку эта группа могла бы не получить достаточно широкую международную поддержку, инициатива была доведена до ASTM International (ранее Американское Общество по испытаниям и материалам), что привело к созданию комитета ASTM F42 по Аддитивным производствам в 2009 году. В это же время Ассоциация немецких инженеров (VDI) была поглощена работой над серией рекомендаций для «быстрых технологий» (как их называли ранее). Эти рекомендации в конечном итоге и привели к созданию Секретариата ISO/TC 261 в 2011 году, который ведется DIN, членом ISO в Германии.
Международное сообщество по аддитивным технологиям настолько мало, что многие эксперты, приглашенные рассмотреть приглашение VDI, уже были вовлечены в работу в ASTM F42. Создание ISO/TC 261 вызывало серьезные опасения относительно дублирования работы или, что еще хуже, разработки конкурирующих стандартов. К счастью, то, что могло бы стать источником разногласий, привело к плодотворному сотрудничеству между двумя организациями и разработке Соглашения о сотрудничестве ASTM/ISO.
Возможности и ограничения
Несмотря на острую необходимость в стандартах для формирования промышленности, стандартизация АП ограничена временными рамками и недостаточным количеством финансирования. Бойви (Boivie), обладающий информацией из первых рук: «Так как все работы в области стандартизации основаны на добровольном участии и не имеют никакого финансирования, закрепленного за ними, это означает, что мы должны выполнять нашу регулярную работу параллельно с разработкой стандартов AП».
Чтобы гарантировать выполнение обещанного, важно основать базис, который бы обеспечивал воспроизводимость компонентов АП. Плюсы заключаются в том, что существует возможность перепроектирования с целью получения превосходного качества и свойств. Кроме того, Ленц добавляет: «Нам также необходимы процедуры обеспечения качества в тех случаях, когда не существует стандартов на части аддитивных технологий или когда существующие стандарты не в полной мере применимы».
Между тем, все больше и больше организаций стремятся сделать первый шаг и разрабатывать свои собственные стандарты AП, которые, в конце концов, могут покинуть сектор с конкурирующими стандартами. Как объясняет Бойви (Boivie), в настоящее время несомненно, что эксперты, сотрудничающие с ASTM и ISO, имеют наибольший опыт в сфере аддитивных производств, чем кто-либо в мире. Существует реальный риск, что стандарты, разработанные вне рамок этого сотрудничества, будут обладать тем же уровнем достоверности, что задушит поступательное развитие технологии.
В перспективе
Тем не менее, несмотря на существующую путаницу, существует план. Приоритет отдан терминологии и общим принципам, которые будут служить основой для разработки будущих стандартов. Отвечая на вопрос, когда же все окончательно сложится, Бойви (Boivie) задумался: «Использование стандартов по терминологии АП в открытой информационной базе сделает многое, чтобы распространить ключевые «слова» и предоставить промышленности общий голос».
То, что когда-то считалось научной фантастикой (производить объекты по запросу), сейчас находится в процессе становления. Технология AП – это эффективная технология, которая позволяет произвести детали, создавая при этом бесконечные возможности для инноваций, что не могло бы быть осуществимо или реалистично в прошлом. Едва ли можно предвидеть, что приобретет технология, но известно, что наше трехмерное будущее выглядит ясным. Можно биться о заклад, что с применением стандартов аддитивное производство увеличится в промышленных масштабах, улучшая при этом нашу жизнь.
3 вопроса об аддитивном производстве
Аддитивное производство (АП) – это увлечение всей жизни Йорга Ленца (Jörg Lenz), координатора совместных проектов в EOS GmbH, лидера технологии и рынка в сфере дизайна, интегрированных электронных производственных систем. Председатель ISO/TC 261, имеющий опыт работы в данной области более чем 20 лет, говорит нам, почему разработка стандартов в этой области является важной.
Расскажите нам немного об аддитивном производстве в EOS?
Для EOS аддитивное производство – это в основном разработка правильных решений для наших заказчиков, также мы используем спеченные лазером компоненты в наших собственных продуктах (машины, периферийные устройства и пр.). Они разработаны нашими инженерами и производятся как внутри компании, так и внешними поставщиками, соответственно, мы можем получить обоснованное решение того, как разрабатывать, производить, приобретать и использовать детали аддитивного производства, т.к. всё основано на опыте.
Какова стратегия стандартизации EOS относительно аддитивного производства? Насколько важны стандарты ISO для такой компании как EOS, работающей на международном рынке?
Наша стратегия заключается в активном поощрении и поддержке разработки стандартов в областях, которые имеют отношение к использованию наших продуктов. Это двустороннее сотрудничество. С одной стороны, стандарты должны увеличить принятие деталей аддитивного производства промышленностью и, соответственно, принести пользу нашим клиентам, с другой стороны, нам проще восполнить потребности и ожидания наших клиентов, если существуют общие требования, основанные на стандартах. Такие глобальные стандарты, как ISO, поддерживают эти цели гораздо лучше, чем целый ряд индивидуальных стандартов (например, национальные, принятые промышленностью или компаниями), которые относятся к той же области.
Какое участие EOS принимает в ISO/TC 161 и в стандартизации в целом, помогает ли это компании в ее собственной работе?
По сути, это помогает нам понять, что нравится и не нравится нашим клиентам, а также для достижения долгосрочных целей.
