Аддитивні технології - що це таке і де застосовуються?

Аддитивні технології - що це таке і де застосовуються?


Технологічний процес не коштує на місці, з кожним днем відбувається удосконалення цифрових технологій, що дозволяє використати нововведення в різних сферах життя людини. Аддитивні технології - одні з самих передових і затребуваних у всьому світі.

Аддитивні технології - що це таке?

Аддитивні технології (Additive Manufacturing - від слова аддитивність - що додається) - це пошарове нарощування і синтез об'єкту за допомогою комп'ютерних 3d технологій. Винахід належить Чарльзу Халлу, в 1986 р. що сконструював перший стереолитографический тривимірний принтер. Що означає аддитивний процес пошарового створення моделі і як він відбувається? У сучасній промисловості це декілька різних процесів, в результаті яких моделюється 3d об'єкт:

  • UV- опромінення;
  • екструзія;
  • струминне напилення;
  • сплав;
  • ламінування.

Матеріали, використовувані в аддитивних технологіях:

  • віск;
  • гіпсовий порошок;
  • рідкі фотополімери;
  • металеві порошки;
  • різного роду поліаміди;
  • полістирол.

Застосування аддитивних технологій

Технологічний прогрес сприяє виробництву безлічі корисних речей для побуту, здоров'я і безпеки людини, наприклад аддитивні технології в авіабудуванні допомагають створювати більше високоекономічний і легкий по вазі авіатранспорт, при цьому його аеродинамічні властивості зберігаються в повному об'ємі. Це стало можливим в результаті застосування принципів будови кісток пташиного крила в проектуванні крил літака. Інші сфери застосування аддитивних технологій:

  • будівництво;
  • сільськогосподарська промисловість;
  • машинобудування;
  • суднобудування;
  • космонавтика;
  • медицина і фармакологія.

Аддитивні 3d технологій

Що динамічно розвиваються швидкими темпами аддитивні технології 3d друку використовуються в прогресивних виробництвах. Існує декілька інноваційних видів аддитивних технологій:

  • FDM (Fused deposition modeling) - виріб формується пошарово з розплавленої пластикової нитки.
  • CJP (ColorJet printing) - єдина у світі 3d повнокольоровий друк з принципом склеювання порошку, що складається з гіпсу.
  • SLS (Selective Laser Sintering) - технологія лазерного запікання, при якій утворюються особливо міцні об'єкти будь-яких розмірів.
  • MJM (MultiJet Modeling) багатоструеневе 3d моделювання з використанням фотополімерів і воску.
  • SLA (Laser Stereolithography) - за допомогою лазера відбувається пошарове твердіння рідкого полімеру.

Аддитивні технології в машинобудуванні

Джим Корр, американський інженер використовує аддитивне виробництво в машинобудуванні вже в течії 15 років. Проект Urbee, компанії Kor Ecologic - це створення першого прототипу 3d автомобіля із швидкістю 112 км/год, його кузов і деякі деталі надруковані на 3d принтері. Інша компанія Local Motors в листопаді 2015 р. представила "розумний і безпечний" автомобіль LMSD Swim - 75% деталей якого, виконані за допомогою тривимірного друку використовуючи АВС-пластик і углеволокно.

Аддитивні технології у будівництві

Аддитивне виробництво будівель і різних споруд істотно скорочує час забудови. Будівельна 3D друк в тренді по всьому світу. Експерименти, вироблювані на лазерних 3d-принтерах для обивателів виглядають на межі фантастичних. Аддитивні 3D технологій - позитивні аспекти у будівництві:

  • заощадження часу і фінансових витрат (швидкість зведення в лічені дні зниження витрат на логістику, витратні матеріали, наймання великої кількості персоналу);
  • втілення в життя будь-яких дизайнерських рішень і складних геометричних форм (середньовічні замки, удома у формі астероїдів і галактик);
  • можливість будувати будинки з урахуванням сейсмоустойчивости в зонах, схильним до землетрусів і ураганів.

Найвідоміші 3d будов:

  • Готель Lewis Grand на Філіппінах, виконаний розробником Андрієм Руденко.
  • Китайська вілла від компанії Tengda, зведена впродовж 45 днів і трансльована по телебаченню.
  • "Офіс майбутнього" побудований в Дубаї в 2016 р. Будівництво зайняло 17 днів і обійшлося Уряду ОАЕ $140 000.

Аддитивні технології в медицині

У 2016 р. для медицини став проривом завдяки аддитивним 3d технологіям. Якість медичних послуг зросла в рази. Аддитивний процес торкнувся декількох сфер охорони здоров'я і це понизило смертність серед пацієнтів, що потребують якісних і термінових медичних послуг. Переваги використання аддитивної 3d друку в медицині:

  • За допомогою знімків томографій стала можливою у високою точністю друк органу з патологією для вивчення тонкощів і нюансів майбутньої операції.
  • Трансплантологія зробила крок далеко уперед. Аддитивні технології тут вирішують відразу декілька завдань - морально-етичну і скорочення часу очікування, відомий факт, що люди по декілька років чекають донорські органи, але іноді рахунок йде не на роки, а на дні і навіть годинник. Незабаром пересадка штучно вирощених людських органів стане реальністю.
  • Друк стерильного інструментарію. У епоху важких і невиліковних вірусних інфекцій, одноразові стерильні інструменти зводять нанівець зараження під час медичних маніпуляцій.

На сьогодні, в медицині успішно застосовуються наступні продукти аддитивних технологій:

  • штучно вирощена людська шкіра (актуальна для пересадки людям з високою площею опіків);
  • біосумісна кісткова і хрящова тканина;
  • друк органів з онкологічним процесом і вивчення впливу ліків на пухлині;
  • стоматологічні импланти, протези, коронки;
  • індивідуальні слухові апарати;
  • ортопедичні протези.

Аддитивні технології у фармакології

При великій кількості сучасних медикаментів, для лікаря важливо знати, що таке аддитивний ефект в ліках, від цього залежить успіх лікування. Сукупна дія прийнятих препаратів під час лікування має бути синергічною (взаємодоповнюючим і посилюючим), але не завжди це так. Все залежить від індивідуальної непереносимості, стану організму. Аддитивні технології приходять на допомогу і тут. Вже тестуються надруковані 3d пігулок Spritam від епілепсії, в яких закладена інформація про пацієнта: підлога, вага, вік, стан печінки, індивідуальне дозування.

Аддитивні технології в освіті

Аддитивні технології в школі вже активно впроваджуються, якщо ще нещодавно школярі вивчали 3d моделювання в спеціалізованих комп'ютерних програмах, то зараз вже став можливим друк змодельованого зображення в об'ємі. Учні наочно бачать свої винаходи, допущені помилки і як механізм працює. До 2018 року Міністерство освіти планує навчити аддитивним технологіям в учбових закладах 3000 педагогів.

Технології, які стануть доступні школярам і студентам в осяжному майбутньому:

  • 3D- моделювання, прототипирование, об'ємне малювання;
  • конструювання 3D устаткування;
  • 3D- сканування;
  • 3D- друк.

Проблеми аддитивних технологій

Аналіз новітніх розробок показує, що аддитивні технології в майбутньому - це звичайний рядовий процес, але щоб науці до цього дорости належить здолати багато проблем і прийняти відповідні рішення. Проблеми аддитивних технологій теперішнього часу:

  • дорожнеча полімерних матеріалів;
  • трудомісткість процесу на усіх етапах (точне відтворення усіх властивостей, що дають чітку 3D друк, усунення погрішностей, складний процес відділення побічних продуктів після поліконденсації).