Вместе с Индустрией 4.0 много говорят о новой технологии, известной как аддитивное производство. Это неудивительно, если принять во внимание, что она может обеспечить многочисленные преимущества при производстве всех видов деталей, например, более быстрый или гораздо более устойчивый производственный процесс за счет эффективного использования ресурсов.
Во взаимосвязанном мире аддитивное производство позволяет работать по требованию и адаптироваться к новым критериям производства.
Направление исследований в области аддитивного производства, 3D-печати за последние 30 лет эволюционировало от технологии быстрого прототипирования к передовому производству.
Третья промышленная революция началась в 1987 году с коммерциализации первой стереолитографии (SLA), разработанной компанией 3D Systems.
После того как в 1991 году было выпущено несколько коммерческих версий машин SLA, были коммерциализированы три новые технологии на основе аддитивных технологий (англ. additive manufacturing, AM): моделирование наплавления (FDM), отверждение твердого грунта (SGC) и производство многослойных объектов (LOM).
За этим последовало несколько лет непрерывного развития технологии аддитивного производства от использования смолы до металлического порошка и от нефункционального формования до изготовления медицинских имплантатов.
Что такое аддитивное производство
Аддитивное производство (АП) — это процесс, при котором производственный материал, обычно пластик или металл, наносится слоями контролируемым образом.
Аддитивное производство, часто называемое в научной литературе быстрым прототипированием или 3D-печатью, стало популярной производственной технологией с 1980-х годов.
В 1986 году Чак Халл рекомендовал изготовление трехмерных (3D) систем с помощью технологии, называемой стереолитографией (SLA), которая привлекла внимание исследователей и впоследствии породила аддитивную технологию, также известную как 3D-печать (или 3DP).
С тех пор 3D-печать создала прочную репутацию во всех сферах производства, хотя микроструктуры, изготовленные с использованием 3D-печати, в основном статичны по своей природе.
Трехмерная печать широко используется в полимерной науке и технологии, космосе, ядерной энергетике, хранении энергии, биомедицине и других областях благодаря возможности быстрого прототипирования 3D-продуктов даже для сложных конструкций и форм.
В производственном секторе 3D-печать в основном используется для изготовления сложных 3D-объектов и компонентов новых продуктов на ранних стадиях разработки.
Несмотря на множество преимуществ, одной из проблем остается скорость послойной печати и именно по этой причине 3D-печать не смогла полностью или хотя бы в значительной степени заменить традиционные методы производства.
Было очевидно, что 3D-микроструктуры, изготовленные из интеллектуальных материалов, в основном зависящие от функциональных свойств этих материалов, могут изменяться во времени заранее заданным образом.
Это породило новую технологию печати, разработанную профессором Тиббитсом в 2013 году и представленную миру как «4D-печать».
Четырехмерная печать (или 4DP) была впервые описана формулой «4D-печать = 3D-печать + время», которая обозначает изменения функции, структуры или формы 3D-печатных объектов с течением времени.
В этой печати следующего поколения используются интеллектуальные материалы со специальными свойствами и сложными программируемыми конструкциями, чтобы заставить 3D-печатную деталь изменить свою форму.
Учитывая постоянное развитие исследований и разработок в области аддитивного моделирования, ожидается, что описание 4D-печати станет более полным.
Трехмерная печать — это предварительно разработанная печать готового объекта, тогда как 4D-печать — это предварительно запрограммированный дизайн предварительно напечатанного 3D-продукта в гибком интеллектуальном материале с особыми свойствами.
Аддитивное производство представляет собой набор технологий, способных соединять материалы для создания объектов из данных 3D-моделей, обычно слой за слоем, в отличие от субтрактивных методологий производства.
В существующей литературе аддитивные технологические процессы классифицируются по различным параметрам: используемым материалам, прямой или непрямой технологии процесса и состояния используемого сырья.
Аддитивное производство уже используется в отраслях со сложным производством, таких как здравоохранение, промышленность или автомобилестроение. И его начинают внедрять в другие отрасли, от индустрии игрушек до производителей мебели.
Аддитивное производство — это еще один шаг к Индустрии 4.0.
Индустрия 4.0
В последние годы Индустрия 4.0 добилась значительных успехов в производственных процессах, управлении данными, кибербезопасности и конкурентоспособности.
Индустрия 4.0, хорошо известная как четвертая промышленная революция, родилась в 2011 году как предложение по развитию экономики Германии.
Этот подход характеризуется взаимодействием и связью между промышленным оборудованием и киберфизическими системами для управления операциями в режиме реального времени для принятия решений, Интернета вещей, искусственного интеллекта, робототехники, кибербезопасности и 3D-печати.
С помощью Индустрии 4.0 компании могут использовать автономные производственные системы, принимать децентрализованные решения и облегчать взаимосвязь между сотрудниками, машинами, заказами, поставщиками и клиентами.
Традиционные производственные процессы и оборудование претерпевают оцифровку и технологическую трансформацию, чтобы повысить эффективность, гибкость и скорость, чтобы выжить в жесткой рыночной конкуренции.
Основой всего цифрового производства является работа с различного рода моделями и использование станков ЧПУ. В зависимости от станка, работают либо с объёмной моделью детали, либо с её контуром. Специфика станка определяет необходимый инструмент.
Технология, основанная на Индустрии 4.0, позволяет организациям создавать продукты, отвечающие потребностям клиентов, и облегчает управление производственными параметрами, такими как потребление энергии, поток материалов и мониторинг в режиме реального времени.
Индустрия 4.0 является движущей силой последних тенденций, связанных с инновациями в бизнесе, касающимся производства, новых бизнес-моделей, а также конфигурация цепочки поставок и стоимостной модели.
Стремление к повышению конкурентоспособности стимулирует исследования в области энергоэффективности, перераспределения ресурсов и интеллектуального оборудования, которые являются ключевыми характеристиками Индустрии 4.0.
Рост и распространение Индустрии 4.0 связаны с внедрением умных заводов, умных продуктов, киберфизических систем, умных городов и цифровой устойчивости.
На протяжении всей первой промышленной революции и до сегодняшнего дня другие промышленные революции были вызваны автоматизацией и цифровой трансформацией.
Ожидается, что, следуя революционным тенденциям, более интеллектуальная производственная система, интегрированная с роботами и датчиками, будет играть ключевую роль в производстве следующего поколения.
Интернет вещей, робототехника, облачные вычисления, аналитика больших данных, виртуальная реальность, системная интеграция, аддитивное производство, кибербезопасность и киберфизические системы являются столпами промышленной революции 4.0.