Логотип сайта поддержки пользователей САПРО сайте поддержки пользователей САПР Translate to:

Новое в мире RP-машины и RP-технологий

Михаил Зленко,
д.т.н.

Технологии быстрого прототипирования - Rapid Prototyping - продолжают свое победное шествие по всем без исключения отраслям промышленности, науки, образования. Теперь уже не только трудно, а практически невозможно назвать область материального производства, где эти технологии не нашли бы своего применения.

RP-машины - оборудование для серийного производства?

Согласно авторитетному ежегоднику Wohlers Report, в 2006 году было продано RP-машин и материалов на 532,2 млн. долларов (рост на 20% по сравнению с 2005 годом), оборот в сфере услуг прототипирования составил 451,5 млн. долларов (рост 23,7%). Объем мирового парка RP-машин по сравнению с совсем недалеким прошлым 2006 годом удвоился. Прогнозируемый рост за период 2004-2011 годов составляет порядка 51%. Эти данные обосновываются в Wohlers Report за 2008 год.

К сожалению, все это мало касается стран СНГ. По данным того же Wohlers Report, парк RP-машин в России в 2006 году увеличился на 39 единиц (для сравнения в США - на 1608). В других государствах бывшего Союза общее отставание от Запада в области высоких технологий носит еще более катастрофический характер. Однако доля инсталляции RP-машин по Восточной Европы и, в частности, странах СНГ очень медленно, но неумолимо растёт. Это очень хорошо заметно по одному из самых значимых игроков на рынке разработчиков и производителей RP-машин: компании Objet Geometries. Если в 2006 году доля Восточной Европы составляла 9% от общих продаж 3D-принтеров Objet, то в 2008 году эта цифра составляет уже 21%

Одновременно с количественным ростом происходит "демократизация" сферы RP-технологий. На начало 2009 года по всему миру насчитывается 34 производителя систем быстрого прототипирования. Если раньше RP-системы были относительно дороги и сосредоточены, в основном, в элитных отраслях науки и промышленности - в авиации, космонавтике, автомобильной индустрии, то теперь сделать модель либо на собственном 3D-принтере, либо в ближайшем сервис-бюро - рутинное дело.

В журнале "The tct Magazin" (volume 15/issue l) опубликован (далеко не полный) список европейских фирм, предоставляющих RP-услуги, в котором только британских сервис-бюро насчитывается более полутора сотен. Конкуренция в этой сфере привела к существенному падению цен на услуги прототипирования. Многие компании оставили мечту о приобретении RP-машин, как ставшую неактуальной. Дешевле и быстрее "скинуть" файл по электронной почте в специализированное сервис-бюро и получить на следующий день, в крайнем случае, через день, по курьерской почте физическую модель.

Фирмы-производители RP-машин вошли в жесткое столкновение в борьбе за клиента. Развернулась борьба под лозунгом "Кто дешевле?", одна за другой появляются новые "бюджетные" модели машин - 29000 долларов, 20000, 10000! Кто меньше? Да и клиент стал капризным: теперь ему подавай не просто модель, а прочную модель, не просто что-нибудь "резиноподобное", но еще и теплостойкое или биосовместимое, а то и того больше - дайте мне модель прямо из металла, да еще из жаропрочного и коррозионно стойкого. А наиболее "продвинутые" все чаще задаются справедливым вопросом: почему RP-машины считаются оборудованием для НИОКР? И почему это они не могут быть "простым" технологическим оборудованием для вполне серийного производства? Не сомневаюсь, что это дело самого ближайшего будущего.

Революция на рынке доступных ЗD-принтеров

Один из самых известных производителей RP-машин, родоначальник RP-технологии, компания 3D Systems продолжает совершенствовать очень успешную серию 3D принтеров семейства ProJet 3000 используемых в качестве материала построения (в зависимости от модели 3D-принтера) либо фотополимер, либо воск.

Относительно новая RP-машина V-Flash от 3D Systems, презентация которой состоялась на выставке Euromold 2007, к сожалению, не привела к ожидаемым изменениям ценовой политики на рынке RP-технологий. Это первый 3D-принтер, доступный по цене практически любому пользователю - от студента или домохозяйки до профессионалов-дизайнеров, инженеров, технологов. Ставка сделана на простоту и надежность. Понятно, что он не сможет заменить классические машины во всех аспектах, но во многих случаях эта машина может оказаться весьма конкурентоспособной, особенно в тех случаях, а их достаточно много, когда нет необходимости в изготовлении моделей с высокими эстетическими, технологическими или функциональными свойствами.

Эта машина может быть установлена прямо рядом с компьютером, дома, в школе или в офисе и строить модели за несколько часов. Производство машины предполагается передать в дочернюю компанию фирмы Canon USA - Canon Virginia. Стоимость машины для пользователей в США составляет 9900 евро. Для европейских стран, с учетом транспортировки, соблюдения требований по сервису и гарантийному обслуживанию, стоимость будет существенно выше. Предполагалось, что эта машина может подорвать позиции конкурентов - Stratasys и ZCorporation, имеющих сейчас довольно устойчивое положение в сегменте недорогих 3D-принтеров. Но этого не произошло, так как за дешевизну приходится поступаться чем-то (функциональностью) другим.

Компания 3D Systems исторически имеет очень сильные позиции на Североамериканском рынке, однако их активность уже практически не ощущается в Европе благодаря конкуренту технологии построения моделей из фотополимерных материалов, компании Objet Geometries. В 2007 году ежегодник Wohlers Report провел опрос среди 580 организаций в 14 стран мира. Один из вопрос был "Какую RP-систему/технологию вы главным образом используете?" и следующий вопрос "Какую RP-систему/технологию вы желаете внедрить?" И если на первый вопрос подавляющее большинство ответили SLA,то на второй - 28% респондентов пожелала перейти на технологию Objet PolyJet, ещё 17% были заинтересованы в технологии лазерного спекания компании EOS.

Самой заметной новинкой уже прошедшего 2008 года стала машина Connex500, компании Objet Geometries. Этот 3D-принтер был представлен в конце 2007 года на крупнейшей ежегодной выставке Euromold 2008 (г.Франкфурт, Германия), где был удостоен высшей награды, как наиболее инновационный продукт выставки. Впервые аналог голливудского Оскара получила компания из сферы RP-технологий. За 2008 год Connex500 собрал целый ряд престижных наград и было установлено порядка 100 систем по всему миру. Connex500 позволяет за один цикл 3D-печати изготавливать функциональную модель из разных материалов. Комбинацией двух базовых материалов (которые могут быть как жесткие так и резиноподобные) на лету формируются новые композитные материалы с заданными физико-механическими характеристиками. Новая платформа Connex500 открывает неограниченные возможности по созданию прототипов максимально-приближенные к готовым серийным изделиям.

Более того к концу 2008 года Objet представил первый в мире настольный 3D-принтер Alaris30 с уже зарекомендовавшей технологией PolyJet. Данную систему оценили все без исключения игроки рынка RP-технологий.

За не большие деньги (порядка 50 000 € для Украины, включая транспортировку, налоги и полный сервис) Alaris30 позволяет делать вещи на уровне профессиональных систем, которые стоят на несколько порядков дороже. Обеспечивая высокую точность моделей, хорошее качество поверхности, и довольно высокую производительность, настольный 3D-принтер от Objet не требует специальных навыков оператора, или подготовленных помещений. При не больших габаритах RP-машины 825х620х590 мм, рабочая камера имеет размеры 300х200х150 мм, с толщиной слоя построения 28 микрон, и минимальной толщиной стенки готового изделия 0,4 мм.

Еще одна новинка компании Objet - это офисный 3D-принтер Eden260V, являющийся полной модернизацией Eden260. Eden260V оснащен дополнительными резервуарами для еще одного комплекта картриджей с материалами. На 25%увеличена производительность 3D-принтера. И самое главное Eden260V может использовать всю линейку материалов построения предлагаемые фирмой Objet, а именно: четыре жестких, один близкий по своим характеристикам к полипропилену, два резиноподобных, один силиконоподобный. За умеренные деньги Eden260V имеет полную функциональность старших профессиональных систем Objet.

В 2007 году компания Stratasys потратила 6 мил. евро на разработки новых продуктов, которые требует современный рынок быстрого прототипирования (из интервью управляющего директора по Европе, Тима Хелера журналу "The tct Magazin", volume 16/issue 6). Конечно это дало свои плоды. Компания Stratasys первая и пока единственная компания, которая достигла 10 000 инсталляций (что было отмечено в пресс-релизе Stratasys от 2 июня 2008 года) благодаря умеренной цене на оборудование и удачной маркетинговой позиции. Stratasys очень успешно развивает линейку FDM систем серии mc, включающую FDM 200mc, FDM 360mc, FDM 400mc и FDM 900mc. Самой успешной моделью 2008 года является FDM 400mc, которая поддерживает самую широкую линейку материалов построения при цене 175000 евро (без налогов, транспортных расходов и инсталляции). FDM400mc - это модернизация достаточно популярной машина FDM VantageTMSE. Производительность машины повышена на 30%, улучшена чистота поверхности моделей. Базовая версия имеет размер зоны построения 355x254x254 мм, опционно - 406x356x406 мм. Потребителям предлагается также и новый модельный материал - ABS-M30, обладающий повышенной в полтора раза ударной и изгибной прочностью. Очень неплохо зарекомендовала себя другая модель FDM 200mc. Особенностью FDM 200mc является усовершенствованное программное обеспечение и новый модельный материал ABSplus, который на 40% прочнее, чем традиционный ABS, применяемый в RP-машинах Stratasys. Кроме того, материал имеет повышенную прочность на удар, разрыв и изгиб. Размеры (XYZ) зоны построения машины FDM200mc: 203x203x303 мм. Толщина слоя построения 0,178...0,254 мм. Машина призвана удержать позиции Stratasys в секторе рынка недорогих, до 60 тыс. евро, RP-машин.

В 2008 году на рынок дешевых моделлеров вышел новый игрок - компания Desktop Factory Inc. со своим порошковым принтером стоимостью 5-7 тыс. долларов. Для полимеризации композитного пластикового порошка используется галогенная лампа. Размер зоны построения 127 х 127x127 мм. Толщина слоя построения 0,254 мм. Размер самой машины 635x508x508 мм, вес - около 40 кг. Стоимость расходного материала - 1$/куб. дюйм (примерно 60-65$/кг). Принтер предназначен для широкого круга потребителей, в частности, для учебных заведений, дизайнеров и просто творческих людей, которым необходимо быстро и дешево изготовить презентационную модель. Принцип построения модели оригинальный. Каждый слой "печется", как блинчик. И затем эти "блинчики" укладываются друг на друга, формируя модель. Конечно, модели от принтера Desktop Factory по качеству и чистоте поверхности не могут идти ни в какое сравнение с моделями, скажем, от 3D Systems, Stratasys и тем более Objet Geometries, на нем нельзя сделать модели с толщиной стенки менее 1 мм, однако, во многих случаях, этого качества вполне достаточно для достижения конкретной цели - в маркетинге, дизайне или при обсуждении и решении технологических вопросов.

Модели из металла

МСР-НЕК - одна из ведущих мировых компаний в области вакуумного литья металлов и пластмасс - провела в прошедшем 2008 году ребрендинг. Теперь компания именуется MTT Technologies Group, выпускающая SLS-машины, позволяющей строить модели, точнее, готовые функциональные изделия, непосредственно из металла. Модельным материалом являются металлические порошки:

Стоимость одного килограмма порошкового материала варьируется от 90 евро (нержавеющая сталь) до 680 евро (титановые сплавы). В линейке предлагаемых материалов также нитинол, медь и золото.

Технология названа SLM - Selective Laser Melting, селективное, т. е. послойное лазерное "плавление". В качестве источника тепла применен инфракрасный лазер мощностью 50 и 100 ватт. Толщина слоя построения - 20... 100 мкм. Скорость построения моделей - 5...20 см3/час. Точность построения в плоскости XY - 20 мкм. Минимальная толщина стенки в строящейся модели 60 мкм. Машина выпускается в двух модификациях - SLM 100 и SLM 250 с зоной построения моделей, соответственно, XY - ?100 мм, Z - 80 мм и XY - ? 245 мм, Z - 250 мм. Цена машин в базовой комплектации (для Европы, по прайс-листу), соответственно, 260 и 460 тыс. евро. По данным The tct Magazin (volume 16/issue 6) на сегодняшний день было установлено в суме 45 систем SLM100 и SLM250.

Новые материалы

Настоящая гонка развернулась в области модельных материалов. Фирмы-производители машин расширяют сферу применения RP-технологий и предлагают все новые и новые материалы с различными свойствами: прозрачностью, цветом, жесткостью, температурной стойкостью, прочностью и т. д., которые позволяют по-новому решать сложные задачи как опытного, так и серийного производства.

Мировой лидер в производстве модельных материалов - фирма DSM SOMOS - выпустила на рынок четыре вида новых фотополимерных смол. Смола DMX-SLTM100 создана на новой химической платформе, обладает свойствами ABS-пластиков и имеет в четыре раза более высокую ударную стойкость. SLA-модели из этого материала обладают прочностными свойствами на уровне SLS-моделей и прототипов, полученных методом вакуумного литья полиуретановых смол в силиконовые формы. По отзывам специалистов известной фирмы Materialise NV (специализирующейся на оказании RP-услуг), смола идеально подходит для изделий типа "защелка", традиционно проблемных для обычных SLA-материалов. Это делает SLA-машины прямым конкурентом SLS- и FDM-машин.

Смола Sornos ProtoGenTMO-ХТ - еще один ABS-подобный материал с более высокой теплостойкостью и с широким спектром применения: от мастер-моделей до функциональных моделей различного назначения. Смола Somos Watershed® 11120 и ее новая модификация ProtoCastTM AF 19120 - идеальный, по отзывам пользователей, материал для изготовления прозрачных моделей, в частности, для визуального исследования потоков жидкостей, а также выжигаемых моделей по так называемой технологии Quick-Cast (построение SLA-модели с сотовой структурой для последующего выжигания и литья в оболочковые формы, отличается малой зольностью материала).

В линейке продукции компании DSM SOMOS также присутствуют фотополимеры-аналоги полипропилену - серии Somos®9900, 9100 и полиэтилену - серии Sornos®8100.

Фирма 3D Systems разработала для своих SLS-машин новый порошковый материал DuraFormCDEX. Материал обладает механическими свойствами, средними между ABS-пластиком и полипропиленом, и в то же время повышенной жесткостью и износостойкостью, что позволяет производить на прототипирующих машинах не просто модели, а вполне функциональные изделия (high-end functional part), переводя RP-машины из разряда научно-исследовательского в разряд полноценного производственного оборудования.

Для стереолитографических машин также разработаны новые фотополимеры Acura Xtreme Plaastic и Acura® 55, близкие по свойствам к ABS-пластикам и полипропилену. Кроме собственно новых потребительских свойств, эти материалы более "дружественные" в пост-обработке и обеспечивают возможность работы SLA-машины с большей скоростью. Модели, построенные из Acura® 55, визуально и по ряду механических качеств трудно отличить от деталей, изготовленных литьем ABS-пластика. Acura® 55 рекомендуется использовать для моделей типа "лента" и "защелка".

Итальянская компания C.R.P. Technology S.r.l. намерена составить достойную конкуренцию американским фирмам-производителям порошковых материалов для SLS-машин. Полиамидный порошок WindformTMFX нового поколения относится к ABS- или полипропилен-подобным материалам и позволяет получать модели с улучшенными механическими свойствами, в частности, ударной прочностью, сопротивлением на изгиб и кручение.

Один из мировых лидеров и главный конкурент 3D Systems в области SLS-технологий - компания EOS - представила образцы вставок (для литья на термопласт-автоматах), изготовленных, т. с. выращенных, из мартенситно-стареющей стали EOS MaragingSteel MSI. Этот материал по своим техническим характеристикам соответствует стали 18 Maraging 300 (по классификации США), стали 1.2709 (Евросоюза), стали X3NiCoMoTi 18-9-5 (Германии). Хорошо обрабатывается и имеет достаточно высокую твердость - HRC 55 (после стандартной термообработки). Компания продолжает успешно расширять свое "металлическое" направление, предлагая потребителям новые материалы на основе титана, титано-алюминиевых, кобальт-хромных сплавов и различных видов сталей. Порошок EOS CobaltChrom MP1 изготовлен из спецсплава на основе кобальта, хрома и молибдена.

Последней новинкой EOS является "бюджетная" версия SLS-машины, работающей с полимерными порошками (полиамид, полиамид с наполнителями, полистирол), это машина EOS PI00 с размерами зоны построения 200x250x330 мм и стоимостью в базовой комплектации 210 тыс. евро. Однако это не "пониженная" версия популярной SLS-машины EOS P700, а вполне "продвинутая" машина, созданная на новой лазерной платформе с улучшенными качественными характеристиками. Машина оснащена встроенным генератором азота (выращивание происходит в инертной среде) и позволяет строить полиамидные модели с толщиной стенок до 0,4 мм, шаг построения - 0,1 мм. EOS предлагает также и широкий выбор модельных материалов для выращивания полиамидных и полистирольных моделей, в частности:

Это лишь краткий перечень того, что уже появилось или вот-вот появится на рынке RP-технологий.



Copyright © Сайт поддержки пользователей САПР by Victor Tkachenko