الإثبات الفني لأهمية مشروع "مزرعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في روسيا"

تم تخصيص العمل لدراسة قضية إنشاء إنتاج صغير الحجم ، والذي يعتمد على تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد من جانب التاريخ والجغرافيا وظروف السوق للتقنيات المضافة. يأخذ هذا العمل في الاعتبار أهمية وإمكانية إنشاء مركز إنتاج للطباعة ثلاثية الأبعاد على أراضي الاتحاد الروسي من حيث المكون الفني.
يمكن استخدام التحليل المقدم في هذه الورقة للتعرف على التقنيات المضافة كعنصر من عناصر نوع منفصل من صناعة الإنتاج وكإلقاء نظرة على السوق العالمية للتقنيات المضافة من خلال عيون مهندس مهتم بتطوير هذه الصناعة.

المحتويات:

مقدمة
1. تاريخ الصناعة
2. ما الذي يمكن طباعته باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد؟
3. نمذجة المنتجات من المواد البوليمرية بالطباعة ثلاثية الأبعاد
4. آفاق الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة
5. الجغرافيا: من واشنطن إلى طوكيو
6. السوق الروسية
7. مشروع مزرعة ثلاثية الأبعاد في روسيا
8. الخلاصة
قائمة المصادر المستخدمة

مقدمة

على مدى السنوات العشر الماضية ، كان هناك اهتمام كبير في الصناعة في تطوير المنتجات لتطبيقات النماذج الأولية السريعة. من خلال توسيع هذا الاهتمام إلى التقنيات الجديدة مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد ، يفتح التصنيع واسع النطاق آفاقًا جديدة يمكن أن تغير مستقبلها. يتم رسم هذه المسارات من خلال الاختبار العملي لتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي أصبحت طريقة إستراتيجية لعدد متزايد من المؤسسات الصناعية. تعطي نتائج بعض هذه الاختبارات ثقة الصناعة في الحاجة إلى جلب الطباعة ثلاثية الأبعاد كأداة سريعة للنماذج الأولية.
إن القدرة على العمل باستمرار مع المواد المركبة والبوليمرات عالية الجودة باستخدام تقنية توليف طبقة تلو طبقة تمنح الصناعة فرصة فريدة للقيام بشيء جديد في مجال الإنتاج. على وجه الخصوص ، جذبت البوليمرات والبوليمرات المقواة بالألياف المقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة والمتطرفة ، مثل PEEK (الشكل أ) ، اهتمامًا خاصًا في عدد من الصناعات على مدى السنوات الخمس الماضية لأسباب مختلفة. ترتبط بعض أسباب الاهتمام ارتباطًا مباشرًا بتوفير الطاقة ، والبناء الخفيف الوزن ، والخصائص الميكانيكية الحرارية ، والتوافق الحيوي ، والخمول الكيميائي ، والخصائص الكهربائية. لذلك ، فإن المواد هي محور اهتمام الصناعة في التقنيات المضافة.
تعد البوليمرات إلى حد بعيد الفئة الوحيدة من المواد التي يسهل معالجتها باستهلاك منخفض نسبيًا للطاقة. يتم دمجها مع العديد من المواد الأخرى وتستخدم في التطبيقات الهندسية والعملية مع مجموعة متنوعة من المتطلبات. لذلك ، من الضروري أن تدرس بنشاط قابلية تصنيع المواد البوليمرية باستخدام تقنيات الطبقات.

الشكل 1 - الطباعة ثلاثية الأبعاد للأجزاء باستخدام تقنية تصنيع الفتيل المنصهر (FFF) من مواد بوليمرية مختلفة

تعتمد النماذج الأولية السريعة على فكرة إنتاج أجزاء وظيفية في أقصر وقت ممكن. من خلال السماح بحرية تصنيع أجزاء من الهندسة المعقدة ، تفتح النماذج الأولية السريعة الطريق لإدخال التخصيص الشامل في الإنتاج. نظرًا لأنه ، مقارنة بأساليب الإنتاج التقليدية مثل القولبة بالحقن (الشكل ب) ، يظل الوقت المحدد لتصنيع جزء ما نقطة حرجة ، ولا شك أن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مصممة بطبيعتها للإنتاج على نطاق صغير أو لإنتاج أجزاء معقدة للغاية الأشكال.

الشكل 2 - مقارنة الربحية: التصنيع الإضافي مقابل التصنيع التقليدي

بعبارة أخرى ، لدينا الآن سوق للشركات التي تعتمد على الطباعة ثلاثية الأبعاد أو التقنيات المضافة. لمواكبة متطلبات تطوير الأدوات والقوالب والقوالب والهياكل الداعمة للهندسة العملية ، يقوم المصنعون في سوق المواد بتوسيع محافظهم لتشمل مواد لتقنيات الطبقات. هذه المواد أغلى من ، على سبيل المثال ، ABS أو PLA أو البوليمرات الضوئية المستخدمة تقليديًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج الأولية السريعة. كفاءة هذه المواد عالية ، لكن الطابعات ثلاثية الأبعاد التي يمكنها نقلها إلى المستوى الصناعي هي أيضًا أغلى بشكل ملحوظ من تلك المستخدمة في مهام الهواة أو للنماذج الأولية فقط.
يمكن أن تكون المتطلبات التكنولوجية للمواد المعنية صارمة للغاية. على سبيل المثال ، ليس من السهل معالجة اللدائن الحرارية المنشأة صناعيًا مثل PEEK. من بين تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالية مع PEEK ، يمكن فقط لتقنيات الانصهار الخيطي (FFF) والتلبيد الانتقائي بالليزر (SLS) أن تعمل. هذه الطرق مختلفة تمامًا - يتم تطبيق تأثيرات فيزيائية مختلفة عند العمل مع المادة ، لذا فإن الأجزاء المطبوعة بواسطة كل طريقة ستختلف هيكليًا ، خاصة على المستوى المجهري ، مما يعني أن خواصها الميكانيكية ستختلف أيضًا. التفسير التقني أو العلمي للاختلاف في هذه الخصائص ليس تافهًا ، ولكن يمكن إرجاعه إلى الضغط الحراري على PEEK أثناء المعالجة بالليزر وأثناء الذوبان ويتم ضبطه في طريقة FFF. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات ، خاصة في خصائص الأجزاء النهائية ، بشكل كبير على تفضيلات السوق.

الشكل 3 - جزء 3D PEEK FFF

الصورة 4 - قوة الشد لعينة من نظرة خاطفة

الصورة 5 - قوة الشد وتشوه الأجزاء المصنوعة من PEEK وفقًا لـ SLS و FFF

اليوم لدينا دليل على أن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد تعمل. بالنظر إلى هذه الحقيقة ، يمكن التنبؤ بمستقبل مشرق للغاية لتكنولوجيا التصنيع السريع. إنها تناسب القصة جيدًا مع خطوط الإنتاج الضعيفة وسلاسل التوريد القصيرة واللوجستيات المتغيرة والتخزين. تتوافق تقنية الإنتاج السريع ، فضلاً عن الأدوات التي تدعمها ، تمامًا مع الاتجاه العلمي المتمثل في "التصنيع حسب الطلب" ، وتحتل مكانة جيدة في الصناعة.

1. تاريخ الصناعة

على الرغم من حقيقة أن الطابعات ثلاثية الأبعاد لم يتم الحديث عنها إلا بنشاط في السنوات الأخيرة ، فإن تاريخ تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد له حوالي 3 عامًا: تم تسجيل أول تطبيق في الثمانينيات. يعتبر تشارلز هال مؤسس التقنيات المضافة ، الذي حصل في عام 30 على براءة اختراع لطريقة مثل الطباعة الحجرية الحجرية. في نفس العام ، أسس الأمريكي شركة 1980D Systems وطور أول طابعة ثلاثية الأبعاد Stereolithography Apparatus. وفي عام 1986 ، بعد تحسين النموذج السابق ، بدأت الشركة في الإنتاج الضخم الأول لطابعات SLA-3 ثلاثية الأبعاد. كان المعلم الثاني في تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد هو اكتشاف سكوت كرومب لتقنية FDM في عام 3 وتأسيس ستراتاسيس من قبله.
في البداية ، لم يكن مصطلح "الطباعة ثلاثية الأبعاد" موجودًا ، وكان يُطلق على التقنيات المبتكرة اسم "النماذج الأولية السريعة". ظهر المصطلح الجديد في عام 3 بفضل اثنين من الطلاب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا - جيم بريدت وتيم أندرسون. لقد توصلوا إلى فكرة إعادة بناء عمل طابعة نفث الحبر العادية بحيث تصنع صورة ثلاثية الأبعاد في حاوية خاصة ، وبعد ذلك حصلوا على براءة اختراع للفكرة وفتحوا شركة Z Corporation. لا تزال هذه التقنية ، التي تعتمد على ترابط المسحوق طبقة تلو الأخرى ، مستخدمة في النمذجة الصناعية.

الشكل 6 - حاملات محرك الطائرات المطبوعة ثلاثية الأبعاد للنموذج الأولي (صورة GE)

ليس من المستغرب أن الشركات التي أنشأها أسلاف التكنولوجيا هم رواد الصناعة في العالم الحديث. تشمل الجهات الفاعلة الرئيسية في السوق أيضًا Arcam و ExOne و Voxeljet و SLM Solutions و Shapeways. إنهم يحاولون اللحاق بشركة Hewlett-Packard ، التي تعمل بنشاط في سوق الطابعات التقليدية. صرح ميج ويتمان ، الرئيس التنفيذي لشركة HP مؤخرًا ، أن الشركة تعتزم معالجة مشكلتين رئيسيتين تعوقان تطوير الطابعات ثلاثية الأبعاد من خلال زيادة سرعات الطباعة وتحسين الجودة. تعد HP بتقديم تطوراتها ، ولكن في الوقت الحالي لا يسع المرء إلا أن يخمن ما سيكون: تقنية جديدة أو طابعة ثلاثية الأبعاد جديدة.

2. ما الذي يمكن طباعته باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد؟

الهدايا التذكارية الصغيرة والألعاب البسيطة وجميع أنواع الأجهزة المنزلية والنماذج التي تعمل بكامل طاقتها وحتى النماذج الأولية - يقتصر الاختيار فقط على خيالك ومعرفتك ببرنامج CAD. لكن قلة من الناس يعرفون أن تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد اليوم قد تجاوزت بالفعل جميع الحدود التي لا يمكن تصورها: يقوم المهندسون المعماريون من شنغهاي وأمستردام بطباعة مباني سكنية كاملة ، ويختبر مصممو الأزياء الشباب الطابعات ثلاثية الأبعاد لإنشاء الملابس والأحذية ، ولم يعد الأطباء يطبعون الأطراف الاصطناعية فقط و يزرع ، ولكنها تعمل على إنشاء أعضاء وأنسجة بشرية اصطناعية. كان الادعاء الجاد بالحصول على مكانة قوية في الصناعة وتحديًا للطرق التقليدية لتصنيع الأجزاء هو حقيقة أن عمالقة الصناعة مثل جنرال إلكتريك وسيمنز يستخدمون بالفعل تقنيات مضافة ، ومع ذلك ، حتى الآن كتجربة.

الشكل 7 - الذراع الاصطناعية ليون مكارثي البالغ من العمر اثني عشر عامًا مصنوعة من أجزاء مطبوعة على طابعة MakerBot ثلاثية الأبعاد (الصورة: بريان سنايدر / رويترز)

وفقًا لشركة الاستشارات الأمريكية Wohlers Associates ، لوحظ أكبر طلب على التقنيات المضافة في قطاع المستهلك للسلع والإلكترونيات (22٪ من عائدات صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد في عام 3) ، وصناعة السيارات (2012٪) ، والطب و طب الأسنان (19٪) ، الإنتاج (16٪) ، في صناعة الطيران (13٪).
المصطلح الذي يشير في الممارسة العالمية إلى استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة هو "التصنيع الإضافي" ، مما يعني تصنيع منتج عن طريق الإضافة. تختلف التقنيات المضافة عن بعضها البعض في اختيار المواد وطريقة تطبيقها ، ومع ذلك ، في جميع الحالات ، يعتمد إنشاء نموذج على تراكم طبقة تلو الأخرى. يمكن أن تكون المواد الاستهلاكية من البلاستيك والخرسانة والجبس وألياف الخشب والبولي كربونات والمعادن وحتى الخلايا الحية والشوكولاتة. هناك طريقتان للتطبيق: نفث الحبر والليزر. تتضمن طريقة نفث الحبر تقنيات مثل نمذجة الترسيب المنصهر و Polyjet ، بينما تتضمن طريقة الليزر تصنيع الأجسام المصفحة ، وذوبان الليزر الانتقائي ، والتلبيد الانتقائي بالليزر ، وترسيب المعادن بالليزر (ترسيب المعادن بالليزر) والطباعة الحجرية المجسمة بالليزر (الطباعة الحجرية المجسمة بالليزر).
تعليق خبير:
Evgeny Kablov ، المدير العام لشركة VIAM: في الوقت الحالي ، تشتري شركات صناعة الطيران وتستخدم مساحيق سبائك مصنوعة في الخارج توفرها الشركات المصنعة للمصنع. في الوقت نفسه ، هناك حاجة ماسة لمساحيق المعادن من السبائك المحلية. لا يوجد إنتاج متسلسل لمواد المسحوق لهذه التقنيات في روسيا. تبلغ حاجة الأسطول الحالي من المصانع لتصنيع المواد المضافة في الاتحاد الروسي من مواد المسحوق حوالي 20 طنًا سنويًا.
لحل هذه المشكلة ، نظمت VIAM دورة مغلقة للإنتاج الإضافي لأجزاء محرك التوربينات الغازية ، بما في ذلك إنتاج فراغات الشحن المستهلكة ، وإنتاج مساحيق المعادن الدقيقة للسبائك المحلية وتطوير تقنيات تلبيد الليزر الانتقائي للأجزاء من هذه المساحيق مع معالجة الغازات الساكنة اللاحقة. إن إمكانية إجراء دورة كاملة من البحث وتزويد المنتجات بالوثائق العلمية والتقنية اللازمة تفتح أيضًا آفاق تنظيم الإنتاج المتسلسل لمساحيق المعادن في VIAM مع اعتمادها لاحقًا للمؤسسات الرائدة في بناء المحركات.

3. نمذجة المنتجات من المواد البوليمرية بالطباعة ثلاثية الأبعاد

التصميم الصناعي اليوم متخلف عن تطور التكنولوجيا. يجب الانتباه إلى أهمية استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في كل من مرحلة التصميم والإنتاج.
سيمر قريبًا 30 عامًا منذ أن تم تسجيل براءة اختراع جهاز الطباعة الحجرية المجسمة ، ليصبح فعليًا أول طابعة ثلاثية الأبعاد. على الرغم من ذلك ، لا تزال الطابعات ثلاثية الأبعاد حداثة غريبة ، ولا يزال جوهرها وغرضها ومزاياها غير واضح للكثيرين. يختلف الموقف تجاه مثل هذه الأجهزة بشكل كبير من الاستنساخ النفعي لكميات القطع من الأجزاء التي تم إزالتها من الإنتاج الضخم ، إلى تجسيد أي ، حتى أكثر الأشكال والأشياء روعة في الشكل المادي.
أينما تظهر الطابعات ثلاثية الأبعاد ، فإنها تخلق ثورة حقيقية. يمكن للمصممين إحياء مفاهيمهم في نماذج واقعية بالألوان الكاملة. يبدأ المسوقون في الترويج لمنتج حتى قبل أن يبدأ إنتاجه. في بعض الحالات ، يمكن تطبيق تقنية النمذجة ثلاثية الأبعاد لإنتاج العينات على نطاق صغير. ولكن من أجل عدم ارتكاب خطأ في الاختيار ، يجب على المتخصص الذي يتخذ قرار شراء طابعة ثلاثية الأبعاد تقييم ليس فقط التكاليف المباشرة للاقتناء ، ولكن أيضًا جميع التكاليف الأخرى - غالبًا ما يمكنهم تحديد مصير الشراء. وفقًا لدقة العمل ، يتم تقسيم الطابعات إلى فصول للمستهلكين والشخصية والمهنية والإنتاجية.
المستهلك - نوع من الطابعات مخصص للاستخدام الشخصي. مصمم مع مراعاة المستخدم العادي ومجهز بواجهة بسيطة إلى حد ما وبديهية. مطبوعة ، كقاعدة عامة ، بلاستيك ABS و PLA.
الطبقة الشخصية للطابعات هي الحد الفاصل. يمكن اعتبارها طابعة منزلية ، ولكنها في نفس الوقت تنتمي إلى الدرجة الدنيا من الطابعات الصناعية للأعمال. تشترك هذه الأجهزة كثيرًا مع أشقائها من فئة المستهلك ، ولكنها توفر جودة ودقة أعلى في الطباعة التي تأتي مع أنظمة الطباعة ثلاثية الأبعاد الاحترافية.
احترافية - لم تعد أنظمة هذه الفئة تبدو مضغوطة. هذا هو أساس تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي تشمل جميع الإنجازات والإمكانيات المتاحة للصناعة. يمكن أن يكون الغرض من الأنظمة المهنية مختلفًا تمامًا ، من النماذج الأولية إلى الإنتاج على نطاق واسع.
الإنتاج - اسم الفصل يتحدث عن نفسه. تجمع هذه الآلات بين دقة وجودة الطابعات الاحترافية ومنطقة الطباعة الكبيرة والمستوى العالي من الأتمتة والتحكم في العمليات. عليها ، وكذلك في التركيبات الاحترافية ، من الممكن ليس فقط طباعة النماذج الأولية ، ولكن أيضًا طباعة المنتج النهائي للمستهلك.
تجدر الإشارة إلى أن المواد الأكثر شيوعًا لإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد هي البوليمرات مثل بولي لاكتيد (PLA) وبلاستيك ABS.
Polylactide (PLA) هو بوليستر حراري ، أليفاتي ، ومونومره هو حمض اللاكتيك. المواد الخام للإنتاج هي موارد متجددة سنويًا مثل الذرة وقصب السكر. البلاستيك متوافق حيوياً وقابل للتحلل ، مما يعني أنه صديق للبيئة. يتم استخدامه لإنتاج منتجات ذات عمر خدمة قصير (تغليف المواد الغذائية ، وأدوات المائدة التي تستخدم لمرة واحدة ، والحقائب ، والحاويات المختلفة) ، وكذلك في الأدوية ، لإنتاج الخيوط الجراحية والدبابيس.
بلاستيك ABS (أكريلونيتريل ، بوتادين ، ستايرين) هو راتينج حراري تقني مقاوم للصدمات يعتمد على أكريلونيتريل كوبوليمر مع بوتادين وستايرين (يتكون اسم البلاستيك من الأحرف الأولية لأسماء المونومرات). يمكن أن تختلف النسب في حدود: 15-35٪ أكريلونيتريل ، 5-30٪ بوتادين و 40-60٪ ستيرين. مثل عديد اللاكتيد ، يمكن أن يتحلل تحت تأثير أشعة الشمس ، مما يجعله صديقًا للبيئة.
يتم إعاقة الإدخال الواسع للطابعات ثلاثية الأبعاد بشكل أساسي بسبب السعر المرتفع للجهاز ، والذي على الرغم من أنه يميل إلى الانخفاض ، إلا أنه لا يزال خارج قطاع المستهلكين الشامل. ومع ذلك ، على مدار العقود الماضية ، ظهر عدد كبير من أنواع الطابعات من حيث طريقة تكوين المنتج والمواد. بدأت الطابعات في التخصص. التوجيهات التالية واضحة للعيان:
1) الطبية والبيولوجية - الطابعات التي تصنع الأطراف الاصطناعية أو تزرع الأعضاء من أجل الزرع ، وهي مادة مماثلة في خصائص العظام ، والتي يمكن أن تنمو عليها الخلايا الحية ؛
2) البناء - إنشاء هياكل مختلفة حتى المباني السكنية الصغيرة ، المادة هي نظير للخرسانة ؛
3) الهندسة - إنشاء قطع غيار للسيارات والطائرات وغيرها من المنتجات التكنولوجية المعقدة ، والمواد المعدنية أو البلاستيكية في خصائص مماثلة للمعدن.
ومع ذلك ، تظل الطابعة التي تصنع منتجات من بلاستيك ABS أو PLA هي الأكثر شيوعًا. هذه الأجهزة ، بسبب الإنتاج الضخم وتوافر المواد الاستهلاكية ، قد تصبح قريبًا شائعة في المؤسسات التعليمية وحتى المدارس. يعتمد مبدأ تشغيل هذه الطابعات على تطبيق طبقة تلو الأخرى للبلاستيك المسخن. يتم تشكيل كفاف التراكب البلاستيكي بواسطة برنامج التحكم وتحويله إلى حركات لرأس الطارد على طول المحورين X و Y. بعد تطبيق الطبقة التالية ، يرتفع الرأس بمقدار مساوٍ لارتفاع الطبقة ، وتتكرر العملية من أجل طبقة جديدة. تستخدم هذه الطابعة فتيلًا بلاستيكيًا 3 مم أو 1,75 مم (ABS أو PLA) كمواد مستهلكة. يبلغ قطر المخرج من 0,05 إلى 3 مم.
على الرغم من أن الطابعات ثلاثية الأبعاد تستخدم المواد الصلبة بشكل أساسي ، فمن الممكن أيضًا إنشاء منتجات مرنة. لقد تعلمت الطابعة ثلاثية الأبعاد بالفعل كيفية طباعة الملابس. بالطبع ، الملابس المطبوعة على الطابعة لم تُباع في المتاجر بعد ، لكنها موجودة بالفعل. على سبيل المثال ، عرضت Dita Von Teese للعالم فستان سهرة مطبوع ثلاثي الأبعاد مصنوع خصيصًا لها. واتضح أن الفستان مثالي. من وجهة نظر الناس العاديين ، فإن الملابس ثلاثية الأبعاد تفوق قدرات الخياطين ، حيث تتم طباعتها مع مراعاة جميع الخصائص الفردية للمشتري. كجزء من أسبوع التصميم ، الذي أقيم في أكتوبر 3 في موسكو ، في مركز Artplay للفن المعاصر ، تم تقديم أحذية للمصممة الهولندية Iris van Herpen ، التي تم إنشاؤها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. عرضت Iris van Herpen فساتين مصنوعة باستخدام نفس التكنولوجيا في أسبوع الموضة في باريس. ليس بعيدًا عن اليوم الذي ستصبح فيه الطباعة ثلاثية الأبعاد أمرًا شائعًا سواء في عمل مصممي الأزياء أو في ورش العمل الخاصة.
جنبًا إلى جنب مع الحماس والمفاجأة في الفرص الجديدة ، يتم سماع أصوات التحذير بشكل متزايد. نخشى ارتفاع معدلات البطالة نتيجة استبدال العمل اليدوي بالطابعات. من ناحية أخرى ، تتطلب الطباعة على طابعة ملفًا مُجهزًا جيدًا ، مما يعني عمل متخصص مؤهل تأهيلا عاليا يرغب على الأرجح في اعتبار عمله موضوع حقوق النشر. تشير الممارسات الحالية إلى أن الإدخال الواسع النطاق للطباعة ثلاثية الأبعاد سيصاحبها انتهاك جسيم لحقوق الطبع والنشر. يمكن للمرء أن يعترض أنه حتى اليوم يمكن للمرء أن يرى كيف يحل المجتمع هذه المشكلة على سبيل المثال من الصور: بعض الأعمال المشهورة تصبح رخيصة جدًا أو مجانية تمامًا. من ناحية أخرى ، يتم بيع أعمال المؤلف الحصرية والمثيرة للاهتمام لدائرة أخرى من المستهلكين بنجاح مقابل الكثير من المال والعثور على مشتريهم. على أي حال ، لن تقوم الطابعات بنسخ المنتجات المعروفة فحسب ، بل ستنشئ منتجات جديدة ومصممين وحتى تلك التي لا يمكن إنشاؤها باستخدام التقنيات القديمة. المجتمع بعد انتشار الطابعات ثلاثية الأبعاد سيرفع من مستوى الاستهلاك.

4. آفاق الطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة

الاتجاهات الرئيسية لتطوير الهندسة الميكانيكية في الوقت الحاضر هي: استخدام مواد بوليمرية جديدة ومركبة وذكية في إنتاج أجزاء الماكينة ؛ تطوير أساليب ومعدات وعمليات تكنولوجية جديدة لإنتاج المنتجات الهندسية. الخطوة الأولى نحو إنشاء آلة هي التصميم المكاني لمنتجات الهندسة الميكانيكية باستخدام النماذج الافتراضية ثلاثية الأبعاد للكمبيوتر ، والتي أصبحت ممكنة بفضل إدخال البرامج الحديثة (برنامج CAD) والنمذجة والحسابات (CAE).
يوفر إدخال تقنيات "الطباعة ثلاثية الأبعاد" (الطباعة ثلاثية الأبعاد) القدرة على إنشاء جزء من الآلة أو المنتج ككل استنادًا إلى النموذج ثلاثي الأبعاد المطور في أقصر وقت ممكن وبأقل قدر ممكن من فقدان المواد. طرق تصنيع المنتجات القائمة على عملية دمج المواد لإنشاء كائن من بيانات نموذج ثلاثي الأبعاد تم تسميتها بشكل جماعي "تقنيات مضافة" (مضافة). في هذا السياق ، فإن التقنيات الهندسية التقليدية القائمة على معالجة قطعة العمل ، والتي يتم فيها إزالة جزء من المادة (التدوير والطحن) ، تكون مطروحة. في قلب التقنيات المضافة الحديثة ، توجد طريقة تشكيل جزء من مادة بوليمر مركبة من خلال البناء التدريجي بمساعدة تأثير حراري أو أي تأثير آخر ، مما ينتج عنه جزء من الشكل المطلوب بأبعاد محددة.
يوجد حاليًا أكثر من 30 نوعًا مختلفًا من عمليات التصنيع المضافة. المزايا الرئيسية للتقنيات المضافة على التقنيات التقليدية هي:
o تقليل تعقيد التصنيع ؛
o تقليل شروط التصميم والتصنيع للجزء ؛
o تقليل تكلفة تصميم وتصنيع الأجزاء ؛
o اقتصاد المواد الهندسية.
يعود ظهور التقنيات المضافة إلى نهاية الثمانينيات من القرن الماضي. الرائد في هذا المجال هو 80D Systems (الولايات المتحدة الأمريكية). تم تقديم التصنيف الأول لطرق التصنيع المضافة لإنتاج الأجزاء في معيار ASTM F3-2792.1549323 ، والذي عفا عليه الزمن إلى حد كبير على مدار العشرين عامًا الماضية بسبب التطور السريع للمعدات التكنولوجية. في 1 سبتمبر 1 ، بأمر من Rosstandart ، تم إنشاء لجنة فنية "التقنيات المضافة" لتطوير المصطلحات والتعريفات والمعايير المتعلقة بها. إن تطوير تصنيف للتقنيات المضافة ، مع مراعاة تنوع الأساليب والمواد والمعدات المستخدمة ، ليس بالمهمة السهلة. أولاً ، من الضروري تحديد اتجاهين في تطوير تقنيات المواد المضافة وفقًا لمبدأ تكوين الجزء.

الشكل 8 - اتجاهات لتطوير تقنيات المضافة وفقًا لمبدأ تكوين الجزء

ينص الاتجاه الأول على تكوين جزء من خلال الجمع بين المواد الموزعة على سطح العمل لمنصة المعدات التكنولوجية (ترسيب السرير). بعد انتهاء عملية التصنيع ، يتبقى قدر معين من المواد التي يمكن استخدامها لتشكيل الجزء التالي. تشكل عمليات الجمع بين المواد الموزعة على المنصة أساس أنواع مختلفة من المعدات التكنولوجية لإنتاج الأجزاء باستخدام تقنيات مضافة:
- SLA - جهاز الطباعة الحجرية ؛
- SLM - ذوبان الليزر الانتقائي ؛
- DMLS - تلبيد المعادن بالليزر المباشر ؛
- EBM - ذوبان شعاع الإلكترون ؛
- SHS - تلبيد الحرارة الانتقائي ؛
- MIM - صب حقن المعادن ؛
- نفث الحبر أو الموثق ؛
- UAM - تصنيع المواد المضافة بالموجات فوق الصوتية ؛
- LOM - تصنيع الكائن الرقائقي.
الاتجاه الثاني لتشكيل الأجزاء هو الترسيب المباشر للمادة (الترسيب المباشر). في هذه الحالة ، يتم تشكيل المنتج في طبقات مباشرة من المادة المسخنة إلى درجة الحرارة المطلوبة ، والتي تدخل منصة العمل من جهاز توزيع خاص. وفقًا لمبدأ الترسيب المباشر للمواد ، يتم إنشاء الأنواع التالية من المعدات التكنولوجية لإنتاج الأجزاء باستخدام تقنيات المواد المضافة:
- CLAD - مستقيمة مضافة ليزر البناء ؛
- EBDM - التصنيع المباشر لشعاع الإلكترون ؛
- MJS - التصلب النفاث متعدد الأطوار ؛
- BPM - تصنيع الجسيمات البالستية ؛
- MJM - مادة تعدد الدرجات.
- FDM - نمذجة الترسيب المنصهر.

الشكل 9 - تصنيف تقنيات المواد المضافة وفقًا لحالة تجميع المواد المستخدمة في تكوين الجزء

الشكل 10 - تصنيف تقنيات المواد المضافة حسب نوع المادة المستخدمة

الشكل 11 - تصنيف تقنيات المواد المضافة حسب نوع وشكل المادة المستخدمة في تصنيع الأجزاء

المواد الأولية هو الاسم الدولي لمزيج حبيبي من المسحوق والموثق. من الواضح ، لإنتاج المواد الخام المستخدمة في تكوين الأجزاء باستخدام تقنيات مضافة ، يتم استخدام أنواع مختلفة من المعدات التكنولوجية الخاصة ، والتي لا يتم توفير سرد ووصف لها في نطاق هذه المقالة. يمكن تمثيل عملية إنشاء منتج باستخدام التقنيات المضافة كسلسلة من الإجراءات.

الشكل 12 - هيكل عملية التصنيع المضافة لإنتاج المنتجات الهندسية

وفقًا للخوارزمية المقدمة ، في المرحلة الأولى من إنشاء المنتج ، تم تطوير نموذج ثلاثي الأبعاد باستخدام برنامج CAD وفقًا للاختصاصات ومتطلبات المعايير. بعد ذلك ، من الضروري تصدير بيانات ملف برنامج النمذجة الصلبة إلى تنسيق يقبله برنامج آلة التحكم في التصنيع الإضافي (على سبيل المثال ، "STL"). قبل المرحلة التالية ، يتم تحديد العيوب المحتملة في النموذج. يجب أن يكون النموذج المخصص للطباعة ثلاثية الأبعاد محكم الإغلاق ومتآلفًا ولا يحتوي على جدران مجوفة ، وهو ما يتم ضمانه باستخدام برامج خاصة. بعد ذلك ، يتم تحويل المعلومات من ملف STL إلى أوامر ، وبعد ذلك تنتج الطابعة ثلاثية الأبعاد المنتج ، وهذا ما يسمى بـ G-code.
أثناء هذا الإجراء ، يجب عليك تحديد المقياس المطلوب للجزء ، والموضع الصحيح في الفضاء ، وكذلك تحديد موضع النموذج بدقة على سطح العمل. تعتمد نتيجة العملية برمتها ، والقوة ، وخشونة السطح للجزء واستهلاك المواد على هذا. بعد إجراء الإعدادات ، يتم تقسيم النموذج إلى طبقات من المواد ، "يتم تركيبها" في جسم الجزء في دورة عمل واحدة لآلة المواد المضافة. هذه العملية تسمى التقطيع. يتم التقطيع باستخدام البرنامج المزود مع الجهاز ، أو باستخدام أدوات خاصة (Simplify ، Skein-forge ، Slic3r ، KISSlicer ، MakerWare ، إلخ). يتم نقل رمز G الذي تم الحصول عليه في الخطوة السابقة إلى الطابعة ثلاثية الأبعاد عبر ذاكرة فلاش أو عبر كبل USB. في عملية تحضير وإعداد آلة المواد المضافة ، يتم إجراء المعايرة والتسخين المسبق لهيئات العمل واختيار مادة النموذج وتحديد معلمات أوضاع تشغيل المعدات التي تعتمد عليها. على الأجهزة ذات المستوى الاحترافي ، يمكن دمج هذه الخطوة مع إجراءات عملية التقطيع. بعد اكتمال جميع العمليات التحضيرية ، تبدأ عملية الطباعة ، أي مزيج المواد طبقة تلو الأخرى. تعتمد مدتها على نوع التكنولوجيا والمعلمات المختارة لدقة وجودة الجزء.
إذا لزم الأمر ، يخضع الجزء الذي تم إنشاؤه لتأثيرات تكنولوجية إضافية: إزالة الدعامات الداعمة ، والمعالجة الكيميائية أو الحرارية ، وإنهاء أسطح العمل. في المرحلة النهائية من الإنتاج ، يتم تنفيذ مراقبة جودة تصنيع الجزء ، بما في ذلك التحقق من الامتثال للمتطلبات التنظيمية للأبعاد الهندسية ، ومؤشرات الخصائص الفيزيائية والميكانيكية وغيرها من المعلمات التي تؤثر على خصائص المستهلك للمنتج. بالنسبة لآلات البناء والنقل ، فإن احتمالات استخدام التقنيات المضافة واضحة بشكل أساسي في إنتاج الأنواع التالية من الأجزاء:
o أجزاء الجسم البلاستيكية للأجهزة الكهربائية ؛
o مكونات المعدات الهيدروليكية (أختام المكابس والمكابس من الأسطوانات الهيدروليكية ، والوصلات القابلة للفصل ، وعناصر الموزعات ، والمضخات والمحركات الهيدروليكية) ؛
o إنتاج فوهات لتبريد المحرك وأنظمة الطاقة ؛
o تفاصيل تفاصيل كابينة المشغل: مقابض الرافعة ، واللوحات ، والمفاتيح ، وأذرع التحكم ، وما إلى ذلك ؛
o الجسم ، والسلامة ، والأجزاء المفصلية والأجزاء الأخرى لمعدات العمل المرفقة ؛
o البطانات الخاصة بمفصلات الوصلات المتحركة ، والتي تعمل كمحمل عادي لمعدات العمل.
من الأمور ذات الأهمية الخاصة إمكانية استخدام التقنيات المضافة للنماذج الأولية السريعة في تطوير معدات العمل ، مثل آلات البناء. يعد تطوير نموذج أولي (تخطيط) لجسم العمل أهم مرحلة في إنشاء الماكينة. لا يعطي النموذج الأولي للمنتج النهائي فكرة عن خصائص مظهره ووزنه فحسب ، بل يتيح لك أيضًا تقييم مدى امتثال خصائص الأداء المحققة لمتطلبات المواصفات الفنية. ضع في اعتبارك إجراء النماذج الأولية باستخدام تقنيات مضافة باستخدام مثال دلو الحفار. توفر النماذج الأولية السريعة عند تصميم تعديلات جديدة للجرافات ما يلي:
س تصور مظهر الدلو ؛
o تأكيد توافق المعلمات الحركية مع الآلة الأساسية ؛
o إمكانية تقييم ملء الدلو بالتربة وتفريغه اللاحق ، الأمر الذي يلعب دورًا مهمًا في تطوير التربة ذات الالتصاق أو التجميد العالي ؛
o إمكانية دراسة عملية تكوين الرقائق عند قطع التربة بدلو ؛
o تحديد المناطق المعرضة لأكبر قدر من التآكل أثناء التشغيل ؛
o تطوير العمليات التكنولوجية للتجميع واللحام والتشغيل الآلي والطلاء ؛
o تدريب الموظفين.
توفر مجموعة متنوعة من أنواع وخصائص مواد النموذج المستخدمة في النماذج الأولية فرصًا كبيرة. على سبيل المثال ، يتيح النموذج الذي تم إنشاؤه من بوليمر شفاف دراسة ليس فقط تفاعل أسطح جسم عمل الحفار مع التربة أثناء التعبئة ، ولكن أيضًا العمليات التي تحدث في التربة المتقدمة. يتيح لك ذلك اختيار الشكل الأمثل للحاوية ، والذي يوفر أقل مقاومة عند حفر التربة.

الشكل 13 - نموذج رقمي للنموذج الأولي لدلو الحفار

يسمح لك تحليل النموذج باستخدام طريقة العناصر المحدودة بتقييم توزيع الضغوط التي تحدث في الهيكل أثناء الحفر

الشكل 14 - توزيع الضغوط الداخلية في هيكل الجرافة

توزيع الضغوط الداخلية في تصميم دلو الحفار في عملية الحفر يوفر إنشاء واختبار دلو النموذج الأولي ما يلي:
o وفورات في تكاليف الاختبارات الشاملة ؛
o منع الأخطاء في تصميم وتجميع المنتج ؛
o تقليل وزن الجرافة ؛
o زيادة كفاءة الحفر باستخدام الجرافة ، مما يقلل بدوره من استهلاك الوقود ؛
o زيادة موثوقية ومتانة معدات العمل ؛
o إمكانية تقييم عمر الدلو وشدة تآكل الأسنان في عملية تطوير التربة من مختلف الفئات.
تتكون عملية إنشاء دلو حفارة باستخدام تخطيط من الخطوات التالية:
o تطوير نموذج رقمي ثلاثي الأبعاد لحاوية ، وإجراء عمليات حسابية باستخدام منتجات برمجية متخصصة.
o النماذج الأولية باستخدام التقنيات المضافة: إعداد نموذج للنماذج الأولية ، وإثبات مقياس التخطيط وتشكيل مغرفة من مادة لدن بالحرارة.
o إجراء الاختبارات والدراسات التجريبية لنموذج الجرافة.
o معالجة وتحليل نتائج البحث ، وإجراء التغييرات اللازمة على تصميم الجرافة ، والانتهاء من توثيق التصميم ، والاتفاق وبدء الإنتاج

الشكل 15 - نموذج دلو حفارة مصنوع من البلاستيك ، مصنوع بواسطة الطباعة ثلاثية الأبعاد

لكن تصنيع الأجزاء من المواد البوليمرية للإصلاح يمكن أن يكون مفيدًا في ما يلي:
o بدلاً من المعدن - إجراء يقلل من وقت تعطل المعدات بسبب عطل مفاجئ (استبدال مؤقت). هذا صحيح بشكل خاص في الشركات التي لا تجري أحداث PPR. بالنسبة إلى شركة صغيرة تقوم بتشغيل عدة وحدات من الآلات لأغراض مختلفة ، لا تسمح ميزانيتها بالحفاظ على الموظفين لشراء قطع الغيار أو الحصول على مخزون من قطع الغيار ؛
o بدلاً من البلاستيك ، سيسمح لك بطباعة أجزاء من حجم الإصلاح الفردي ؛
o استخدام المواد المركبة ذات الخصائص التي تتجاوز معايير الجزء الأصلي ؛
o إنتاج عدد قليل من الأجزاء في الهندسة الكهربائية والمحرك الهيدروليكي ؛
o تنقل الطابعات: يمكن وضعها في السيارة ؛
o استهلاك طاقة منخفض نسبيًا.
عامل مهم هو حقيقة أنه في التصنيع الإضافي واستعادة الأجزاء ، يمكن للمطور أن يكون على مسافة من الكائن (الجهاز) بسبب الاستخدام الواسع النطاق لشبكات الكمبيوتر. إن مسح المكونات التالفة لوحدات التجميع باستخدام ماسح ضوئي ثلاثي الأبعاد (إعادة هندسة) مع معالجة وطباعة كمبيوتر لاحقة يفتح آفاقًا لإنشاء مجمعات إنتاج وإصلاح عالمية متعددة الوظائف. يزيد المسح الضوئي بشكل كبير من سرعة ودقة إنتاج الأجزاء ، كما يقلل أيضًا من تكلفة أدوات القياس. حاليًا ، يتم استخدام الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد بالفعل في مراقبة جودة الأجزاء المصنعة في المؤسسات الرائدة.

5. الجغرافيا: من واشنطن إلى طوكيو

وفقًا لـ Wohlers Associates ، تمثل الولايات المتحدة 38٪ من صناعة المواد المضافة العالمية ، تليها اليابان بنسبة 9,7٪ ، تليها ألمانيا بنسبة 9,4٪ والصين بنسبة 8,7٪. لا تريد الولايات المتحدة التخلي عن موقعها الريادي في الطباعة ثلاثية الأبعاد لأي شخص. لتسريع تطوير التقنيات المبتكرة ، بدأت خمس إدارات - وزارة الدفاع ووزارة الطاقة ووزارة التجارة والمؤسسة الوطنية للعلوم ووكالة ناسا - في إنشاء المعهد الوطني للتصنيع المبتكر في عام 3 ، والذي تمت إعادة تسميته لاحقًا أمريكا تصنع. تعزز هذه المنظمة التعاون بين قادة الأعمال والمؤسسات العلمية ، مما يساعد على تعزيز التطورات المبتكرة في التقنيات المضافة في السوق العالمية. يشارك في أعمال المعهد حوالي 2012 شركة ومنظمة غير ربحية ووكالة حكومية.
كانت الخطوة الرئيسية الثانية هي البدء في إنشاء المعمل الرقمي للتصنيع في شيكاغو. وقد خصصت وزارة الدفاع بالفعل 70 مليون دولار لهذا المشروع ، ومن المتوقع أن يبلغ 250 مليون دولار أخرى من ممثلي الصناعة والمؤسسات التعليمية والحكومة والشركاء العامين. سيكون لدى Digital Lab شركاء مشتركون مع America Makes ، مثل عمالقة الصناعة مثل Rolls-Royce و Dow Chemical و Procter & Gamble و General Electric و General Dynamics و Lockheed Martin و Honeywell و Rockwell Collins و Microsoft و Boeing و Autodesk و 3D Systems. تطلق Digital Lab حاليًا منصة برامج مفتوحة عبر الإنترنت للتصميم والتعاون في الوقت الفعلي.
خلال فترة إدارته ، أعلن الرئيس الأمريكي باراك أوباما عن إنشاء معهد ابتكار التصنيع في المعادن الخفيفة والمتقدمة في ديترويت ، وهو مشروع ستخصص وزارة الدفاع أيضًا 70 مليون دولار لهذا المشروع.
تحولت أوروبا إلى "المقر" لأكبر الشركات المصنعة للطابعات ثلاثية الأبعاد الصناعية: Voxeljet ، و SLM Solutions ، و EOS GmbH ، و Concept Laser ، و Realizes (جميعها ألمانيا) ، و Arcam (السويد) ، و Phenix Systems (فرنسا) ، و Renishaw ( المملكة المتحدة). تتفهم الدول الأوروبية أيضًا وعود التقنيات المضافة وتدعم تطوير الصناعة. وبالتالي ، فإن وزارة الخزانة البريطانية مستعدة لتخصيص حوالي 3 مليون دولار لإنشاء مركز التقنيات المضافة بحلول عام 25. يقع المركز الجديد بجوار مركز التصنيع التكنولوجي في كوفنتري وسيطور منتجات لمحركات الطائرات والسيارات والتطبيقات الطبية. لكن في ألمانيا ، تأتي المبادرة من الصناعة (بدعم من الولايات الفيدرالية): Boeing ، EOS GmbH ، Evonik Industries ، MCP HEK Tooling ، جنبًا إلى جنب مع جامعة بادربورن ، افتتحت مركز أبحاث DMRC في عام 2015 ، حيث تم بالفعل تنفيذ تسعة مشاريع في عام 2008 في هذا الاتجاه.
مبادرة رئيسية أخرى هي مشروع AMAZE لمدة خمس سنوات ، الذي أطلقته وكالة الفضاء الأوروبية في عام 2013. وبلغت ميزانية المشروع ، الذي يشمل 28 شركة ، بما في ذلك Airbus و Astrium و Norsk Titanium و Cranfield University و EADS ، حوالي 20 مليون يورو. يتمثل أحد أهداف المشروع في إنتاج منتجات معدنية عالية الجودة قادرة على العمل في درجات حرارة عالية للغاية ، والتي يتم تحقيقها ، على سبيل المثال ، في تفاعل نووي حراري أو في فوهات الصواريخ.
تنوي الصين ، باستخدام القوة الكاملة لصناعتها ، تقويض الموقف القيادي للولايات المتحدة. يتوقع الاتحاد الصناعي لجمهورية الصين الشعبية أنه بحلول عام 2016 ، ستصل السوق الصينية للطباعة ثلاثية الأبعاد إلى 3 مليار دولار ، أي أكثر بعشر مرات مقارنة بعام 1,65. لتحقيق هذا الهدف الطموح ، تم تشكيل تحالف صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد الصيني في نهاية عام 10 ، ويتألف من 2012 معهدًا صينيًا للبحوث والشركات الرائدة في هذه الصناعة. تخطط هذه المنظمة لبناء 2012 مراكز ابتكار واستثمار 3 مليون دولار في كل منها ، وفي الوقت نفسه ، فإن نجاح المهندسين الصينيين ليس أقل أهمية من نظرائهم الأوروبيين والأمريكيين. في الصين ، أجريت الاختبارات الأولى لمقاتل بهيكل داعم مطبوع من مسحوق التيتانيوم. وكشفت شركة Southern Fan عن أكبر طابعة ثلاثية الأبعاد في العالم (بطول 30 مترًا وعرض 10 مترًا وارتفاع 3,3 مترًا) ، قادرة على إنتاج مكونات معدنية بقطر أقصى يصل إلى 3 أمتار ووزنها يصل إلى 28 طن. تم التخطيط لاستخدام المنتجات في الصناعات النووية والبتروكيماوية والمعدنية.
تقوم اليابان أيضًا بتقييم آفاق الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وفي أوائل عام 2014 أنشأت جمعية بحثية لتطوير طابعات صناعية ثلاثية الأبعاد مصممة لإنتاج أجزاء معدنية معقدة لتطبيقات الطيران والطب. وتعتزم وزارة الاقتصاد والتجارة والصناعة اليابانية تخصيص نحو 3 مليون دولار لهذا المشروع ، وبحسب السلطات ، ستظهر الأجهزة الأولى بحلول عام 37 ، وفي نهاية عام 2015 ، ستبدأ المبيعات الجماعية للطابعات ثلاثية الأبعاد. أعضاء الرابطة هم جامعات وطنية و 2019 شركة تكنولوجيا ، بما في ذلك باناسونيك ، ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة ، IHI ، كاواساكي للصناعات الثقيلة ، كوماتسو ونيسان موتور. ستكون رسوم العضوية السنوية لكل منظمة 3 دولار.

6. السوق الروسية

لا توجد مزرعة ثلاثية الأبعاد واحدة في روسيا! في الوقت نفسه ، أجرؤ على وصف روسيا بأنها الرائدة في تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد ، سواء من حيث المواد أو من حيث الشركات المصنعة للطابعات ثلاثية الأبعاد في مجال تقنية FDM. يُظهر تحليلنا وخبرتنا في هذا المجال أن طباعة البوليمر عالية الجودة تتم في روسيا.
السؤال المنطقي والمنطقي في دراسة جغرافية الطباعة ثلاثية الأبعاد هو: هناك طلب ، أفضل المواد ، أفضل الطابعات ثلاثية الأبعاد ، لماذا لا يوجد حتى الآن موقع تصنيع مواد مضافة روسية بمثل هذا الأساس؟
الشيء المهم هو أن المستثمرين الروس يستثمرون في مشاريع قصيرة الأجل بأقل قدر من المخاطر. ينظر إلى مشاريع الابتكار بحذر شديد أو عدم اهتمام. أدى كل هذا معًا إلى حقيقة أن بعض المطورين والعلماء في هذه الصناعة ذهبوا إلى الخارج ، وتعمل الشركات الكبيرة في توريد المعدات والمواد الخام من الخارج ، ودعم الشركات المصنعة الأجنبية والترويج الجاف للمصانع المحلية. في مفهوم المزرعة ثلاثية الأبعاد ، نتابع ليس فقط الإمكانات التجارية لسوق التكنولوجيا المضافة ، ولكن أيضًا تطوير صناعة المواد المضافة في الاتحاد الروسي في سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد العالمي. ونحن مقتنعون بأن لدينا ما يجيب على زملائنا الأجانب.
في حين أن السوق الروسية أقل من 0,5٪ من العالم ، وعلى مدى السنوات الخمس المقبلة ، لن يرتفع معدل نموها ، وفقًا لـ Research.Techart. ليس من المستغرب ، لأن تطوير التقنيات المضافة في روسيا في مهده ، والسبب الرئيسي للوضع ، وفقًا للخبراء ، هو عدم وجود دعم من الدولة.
لتطوير التكنولوجيا ، من الضروري العمل في عدة اتجاهات في وقت واحد: تدريب الموظفين المؤهلين ، وتشكيل معايير جديدة ، واعتماد وثائق تنظيمية جديدة. ومع ذلك ، يتم اتخاذ بعض الإجراءات المستهدفة في هذا الاتجاه من قبل كل من المسؤولين والعلماء الأفراد.
على وجه الخصوص ، يقترح نائب رئيس الوزراء الروسي ديمتري روجوزين ، المسؤول عن المجمع الصناعي العسكري في الحكومة ، تطوير مفهوم "المصنع الرقمي" بدورة إنتاج كاملة ، من التصميم إلى المنتج النهائي. يمكن أن تشمل هذه المصانع (المزارع ثلاثية الأبعاد) تقنيات مضافة وخطوط آلية عالية الأداء للإنتاج السريع للمكونات الإلكترونية والتحكم في الإنتاج الآلي وأنظمة CAD- و CAE- و CAM الوطنية وتقنيات إنتاج التجميع الجديدة وأنظمة إدارة دورة حياة المنتج. في رأيه ، لتنفيذ مفهوم "المصنع الرقمي" ، ولا سيما تطوير التقنيات المضافة ، هناك حاجة إلى جهود مشتركة من جانب لجنة الصناعة العسكرية ، ووزارة الصناعة والتجارة في الاتحاد الروسي و Advanced مؤسسة البحث.
علاوة على ذلك ، في روسيا ، وفقًا لـ D.Rogozin ، هناك شركات ومراكز بحث يمكن من خلالها تطوير التقنيات المضافة: جامعة موسكو الحكومية. Lomonosov ، MCLT ، CJSC NII ESTO ، CJSC NT-MDT ، GK Promtekhnologiya ، MSTU im. Bauman، MSTU "STANKIN"، MISIS، MAI. لديهم معدات عالية المستوى في ترسانتهم يمكنها إجراء البحث والتطوير والتحكم في جودة العمل في كل مرحلة. كذلك ، وبدعم من الميزانية الفيدرالية ، يتم افتتاح مراكز هندسية إقليمية. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل الشركات المذكورة بالفعل في روسيا ، وتقدم معدات من الشركات المصنعة الأجنبية. لكن ، بحسب نائب رئيس الوزراء ، "يكمن ضعف كليهما في عدم وجود نهج متكامل وعدم الاتساق في تطوير وتطبيق التقنيات الرقمية".

7. مشروع مزرعة ثلاثية الأبعاد في روسيا

بعد تحليل تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد الحالية ، وطلب السوق ، والمواد المُنتجة والمتوفرة ، اتخذنا خيارنا بشأن تقنية FDM (FFF). هذه التكنولوجيا ليست عالمية فقط من وجهة نظر مجموعة واسعة من المجالات المستخدمة ، ولكن أيضًا ، مع النهج الصحيح ، في عدد من المهام تجعل من الممكن استبعاد استخدام أنواع أخرى من ثلاثية الأبعاد تمامًا. الطباعة ، ولكن أيضًا أنواع الإنتاج الأخرى من حيث المبدأ. بمقارنة أسعار وشروط وجودة المشاريع المماثلة في شركات مختلفة أكثر من مرة ، توصلنا إلى استنتاج مفاده أننا لا نتنازل عن الجودة فحسب ، بل نفوز في شروط وتكلفة المشاريع. تتيح تقنية FDM الحصول على كل من الهدايا التذكارية والمنتجات الهندسية ، سواء الأجزاء عالية الدقة ذات الشكل المعقد ، وعناصر العمل المتينة للهياكل الجاهزة ، وكلاهما نماذج أولية للطب ونموذج أولي للتركيب السريع قبل إطلاق الإنتاج على نطاق واسع.
تم إطلاق المشروع في عام 2014 Studia3D. المفهوم الرئيسي للمشروع هو إنتاج المنتجات عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد.
بصفتنا شركة خدمات طباعة ثلاثية الأبعاد ، فإننا نبحث باستمرار عن كل من المواد المتاحة في السوق والتكنولوجيا نفسها للتنبؤ بالنتيجة المستقبلية من حيث الأبعاد وخصائص القوة للطلبات الواردة. بناءً على أبحاثنا وتنفيذنا ، يمكننا تقديم ضمان للمنتجات المصنعة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. يرجى ملاحظة أن هذا لم يحدث بعد في روسيا. تقلل معظم الشركات الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى النماذج الأولية أو أبحاث التصميم. في المقابل ، نحن نسير على طريق التوسع الصناعي ، متبعين فكرة جلب صناعة التقنيات المضافة في روسيا إلى فرع منفصل من عملية الإنتاج ، يمكن مقارنته بالصب ، والطحن ، والختم ، والدرفلة ، إلخ. غالبًا ما نجمع بين التقنيات ، ونستبدل العديد من العمليات التكنولوجية بالطباعة ثلاثية الأبعاد ، وأحيانًا نستبعد تمامًا طرق التصنيع التقليدية.
حتى الآن ، متضمنة Studia3D ليس فقط المتخصصين المؤهلين تأهيلا عاليا ، ولكن أيضًا قاعدة برمجيات قادرة على توسيع أحجام الإنتاج ، إن لم يكن إلى مستوى المصنع ، فعندئذ إلى مستوى ورشة الإنتاج الكبيرة. نظرًا لحقيقة أن الاستثمارات لم تجذب أبدًا إلى المشروع ، فإن المشروع يتطور بشكل أبطأ من نمو الطلب والطلب. منذ كانون الثاني (يناير) 2018 ، تحولنا من حملة إعلانية جماعية إلى حملة إعلانية معتدلة. لم يعد بإمكاننا مواكبة حجم الطلبات الواردة. في المقابل ، نحن نفهم أنه بدون استثمارات ، لا يمكننا أخذ زمام المبادرة من الشركاء الأجانب ، الذين يمكنهم في أي لحظة دخول السوق الروسية ، حتى في حيرة ، من خلال تنظيم مزرعة ثلاثية الأبعاد خاصة بهم على أراضينا ، وبالتالي قتل المنتجين المحليين. تكرر هذا المفهوم عدة مرات في آلات تشغيل المعادن والنجارة. على سبيل المثال ، مصانع الدرفلة ، وهي منطقة يهيمن فيها على سوقنا الشركات المصنعة الأجنبية مثل Demag أو SMS Group ، على الرغم من أن شركة VNIIMETMASH المحلية المصنعة لمصانع الدرفلة ، كانت الشركة الرائدة والمنافس الرئيسي في المنطقة الموصوفة منذ وقت ليس ببعيد. بناءً على التجربة التاريخية ومستوى التوسع لشركائنا الأجانب ، هناك استنتاج واحد فقط - العمل على الفور!
ضع في اعتبارك القياس مع أجهزة الكمبيوتر. في الماضي القريب ، عندما ظهرت أجهزة الكمبيوتر الأولى لأول مرة ، كان مالك هذا الجهاز ، كقاعدة عامة ، رائد أعمال تلقائيًا ، يوفر خدمات الطاقة الحاسوبية باستخدام أجهزته. الآن بعد أن أصبح الكمبيوتر ظاهرة جماعية ، بقيت الشركات التي تمكنت من النمو إلى مراكز بيانات فقط في السوق. مع نقص قوة الحوسبة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية ، كقاعدة عامة ، يستخدم المستخدمون ، قطاع الأعمال ، قوة الحوسبة لهذه المراكز. كما تبين الممارسة ، فإن غالبية هذه المراكز هي شركات ذات أراض أجنبية. يمكن تتبع نفس النمط في الطباعة ثلاثية الأبعاد. هناك فرصة لمنع مثل هذا السيناريو في مجال التقنيات المضافة ، ولا سيما مع تقنية FDM. لدينا كل شيء من أجل هذا!

8. الخلاصة

في التبرير المقدم ، حاولنا النظر على أوسع نطاق ممكن في الأهمية والإمكانية الحقيقية لإنشاء مجمع إنتاج في روسيا ، مبني على النمو طبقة تلو الأخرى للكائنات المادية باستخدام طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد عالية التقنية وشبه آلية. . بعد دراسة هذه المسألة بعناية من جانب التاريخ والجغرافيا وظروف السوق ، توصلنا إلى الحاجة إلى جذب الاستثمار في هذا المجال ، ليس فقط من وجهة نظر المكون التجاري ، ولكن أيضًا من وجهة نظر الأمر. ذات أهمية وطنية. مع المسؤولية الكاملة تجاه المستثمرين والدولة ، والاعتماد على الخبرة وأبحاثي الخاصة ، الفنية والاقتصادية على حد سواء ، مع اقتناع عميق بصحة تفكيري ، أؤكد أن هذا المشروع ليس مجرد صلة ، ولكنه ضروري!

قائمة المصادر المستخدمة

1. أريولين س.ب. ، كامونيتشكين د. تحديد معاملات منطقة التشوه أثناء الدحرجة على مطحنة البندول. // تقطيع الإنتاج في الهندسة الميكانيكية. 2015. رقم 9. ص. 32-40.
2. Kocheshkov IV ، Kamonichkinka N.V. دراسة خصائص القوة لمادة نموذجية تم الحصول عليها بطباعة FDM باستخدام بلاستيك ABS. // التقنيات المضافة. 2018. №3.
3. http://www.indmatec.com/en/indmatec-blog/3d-printing-as-a-manufacturing-tool
4. Ekaterina Vershinina تقنيات إضافية: فرص للطباعة ثلاثية الأبعاد في الصناعة // http://www.up-pro.ru/library/innovations/niokr/additive-3d.html