HP полным ходом продвигает свою стратегию 3D-печати. С момента своего первого внедрения в аддитивное производство (AM) компания запустила несколько систем полимерной 3D-печати, а совсем недавно представила технологию Metal Jet.
Чтобы идти в ногу с достижениями в области 3D-печати HP, ниже мы рассмотрим эволюцию этой технологии и ее значение для будущего индустрии 3D-печати.
Окунуться в 3D-печать
3D-печать имеет множество барьеров для входа с точки зрения экономики, технологий и рабочей силы.
Например, многие промышленные 3D-принтеры до сих пор отстают от традиционного оборудования по скорости и эффективности. Кроме того, есть крутая кривая обучения для освоения AM. Но самым большим препятствием на пути внедрения, возможно, являются значительные инвестиции, необходимые для запуска АМ в производство.
HP начала свой путь демократизации 3D-печати, предоставив компаниям радикально более высокую скорость печати, высококачественные функциональные детали и революционную экономику.
Этот путь привел к запуску Multi Jet Fusion в 2016 году.
HP Multi Jet Fusion (MJF) — это технология Powder Bed Fusion (PBF), которая означает, что для создания деталей используется пластиковый порошок. Процесс MJF начинается с нанесения тонкого слоя порошка на платформу принтера.
Плавящий агент, предназначенный для поглощения инфракрасной энергии, распыляется по станину, повторяя контуры детали.
За этим этапом следует применение инфракрасного света, который нагревает участки с плавящим веществом, плавя и плавя порошок в этих участках. Слой за слоем процесс повторяется, постепенно наращивая деталь.
Благодаря технологии MJF компания HP представила новый стандарт в области 3D-печати полимерным PBF. Во-первых, машины MJF обеспечивают более стабильные механические свойства, более высокую скорость обработки и более высокую точность, чем аналогичные процессы, такие как селективное лазерное спекание (SLS)..
Сравнивая стоимость деталей MJF и SLS, Xometry, производственная онлайн-площадка, обнаружила, что производство детали с использованием MJF обходится на 30 процентов дешевле, чем печать аналога SLS. И эта разница увеличивается по мере роста объема деталей, благодаря способности принтера HP MJF печатать несколько деталей одновременно.
На пути к промышленной полимерной 3D-печати
Революционная во многих отношениях технология HP MJF с самого начала была ориентирована на функциональное прототипирование и серийное производство.
Первая система Jet Fusion (JF) 3D 4200 компании, выпущенная в конце 2016 года, заслужила репутацию одной из лучших машин для мелкосерийного производства в своем классе систем PBF.
Система JF 4200, состоящая из принтера, станции охлаждения и двух блоков печати, призвана максимально упростить этапы печати и последующей обработки.
Сменные сборочные блоки особенно полезны, поскольку они обеспечивают непрерывный процесс печати, поскольку их можно перемещать из принтера непосредственно на станцию постобработки для охлаждения и очистки сразу после завершения печати.
Благодаря ориентации на производство и качество система была хорошо принята на рынке. Например, в отчете «Тенденции цифрового производства за второй квартал 2018 года» , подготовленном 3D Hubs, глобальной платформой «производство как услуга», HP Jet Fusion 3D 4200 был поставлен на 2-е место в рейтинге качества печати, а машина заняла первое место в рейтинге качества печати. с точки зрения количества деталей, произведенных в этом году.
Что касается приложений, возможности системы JF 4200 весьма разнообразны. Его можно использовать для чего угодно: от функциональных прототипов и инструментов до мелкосерийного производства деталей для конечного использования.
Ярким примером того, что возможно с системой JF 4200, является объявление в прошлом году о партнерстве HP с SmileDirectClub, производителем прозрачных устройств для выпрямления зубов, называемых прозрачными каппами .
Благодаря этому партнерству компания SmileDirectClub установила 49 систем 3D-печати HP Jet Fusion для изготовления более 50 000 уникальных форм в день. Эти формы затем используются для отливки прозрачных капп.
Благодаря своей технологии 3D-печать HP помогла SmileDirectClub ускорить рост и удовлетворить растущий спрос клиентов.
Выход на арену полноцветной 3D-печати
Следующее большое событие после выпуска системы JF 4200 появилось на рынке в 2018 году с запуском серии полноцветных 3D-принтеров Jet Fusion 300/500.
Точная и доступная цветная 3D-печать является конечной целью для многих производителей. , многие из которых проводят бесчисленные часы, крася свои 3D-отпечатки после того, как они покинули печатную платформу. Лучшее решение – но оно было дорогостоящим и эксклюзивным для избранного диапазона AM-систем – это просто полноцветная 3D-печать объектов.
Новая серия, разработанная HP, дополняет существующую линейку промышленных 3D-принтеров, которые в настоящее время печатают только серым цветом, и предлагает доступный вариант для малых и средних разработчиков продуктов.
Благодаря полноцветной 3D-печати новая линейка также является явной конкуренцией существующим машинам Stratasys и 3D Systems.
Следующий уровень: объемное аддитивное производство
Сообщается, что в 2018 году HP достигла рубежа в 10 миллионов деталей, произведенных с использованием ее технологии. Но компания не хотела останавливаться только на этом. HP хотела пойти дальше и выйти на новый уровень массового производства в области 3D-печати.
Использование 3D-печати в серийном производстве стало одной из ключевых тенденций, формировавших отрасль за последние несколько лет. Поскольку компании находят все больше применений этой технологии в производстве, им требуются решения, которые могут поддержать увеличение объемов производства.
Хотя многие игроки на рынке разрабатывают решения, направленные на повышение пропускной способности, пожалуй, ни один из них не был столь быстрым, как HP.
2019 год стал еще одним знаменательным годом для HP, поскольку компания выпустила новую ориентированную на производство серию 3D-принтеров MJF 5200.
В то время как серия 3D-принтеров 500/300 предназначена для функционального прототипирования, а серия 4200 — для мелкосерийного производства, новейшая серия ознаменовала новую главу в истории 3D-печати HP — массовое производство с точностью и повторяемостью, сравнимыми с к литью под давлением.
Среди наиболее примечательных особенностей серии 5200 — увеличенная мощность ламп внутри 3D-принтеров 5200. Это позволяет новой системе плавить порошок за один проход, в отличие от двухпроходного режима в предыдущих системах. В результате система повышает производительность на 40 процентов и открывает возможности для 3D-печати высокотемпературных материалов.
Несколько компаний уже используют системы HP Jet Fusion 5200 для производственных приложений. Одним из примеров является производитель ветряных турбин Vestas, который использует эту технологию и материал ТПУ для производства защитных компонентов для лопастей своих ветряных мельниц.
Кроме того, канадский производитель шлемов Kupol также работает с системой для 3D-печати более безопасных и удобных шлемов. Сама HP использует свою технологию для производства компонентов для других своих печатных машин.
Очевидно, что новые системы значительно расширяют возможности AM-технологий HP и позволяют клиентам по-настоящему использовать цифровое производство.
Дорожная карта HP по материалам для 3D-печати
Дорожная карта HP в области 3D-печати постепенно привела компанию от прототипирования и мелкосерийного производства к серийному аддитивному производству.
Хотя аппаратное обеспечение играет большую роль в этом прогрессе, было бы сложно, если не невозможно, максимально эффективно использовать MJF без постоянной разработки новых материалов.
Когда MJF был впервые представлен в 2016 году, технология ограничивалась одним материалом — полиамидом 12 (PA12), также известным как нейлон . Постепенно HP расширяла свой портфель материалов, включив в него более широкий ассортимент термопластов.
Например, сегодня серия 4200 может печатать на различных типах нейлона, включая стеклянные бусины PA 11 и PA 12, нейлон с 40-процентным наполнителем стеклянных шариков, а также гибкий и мягкий материал ТПУ.
Хотя большинство этих материалов доступны в последней серии 5200, один материал, полипропилен (ПП), недавно был выпущен специально для новейших 3D-принтеров.
Разработанный в сотрудничестве с BASF, ПП представляет собой универсальный, прочный и химически стойкий термопласт, который имеет те же свойства, что и обычно используемые ПП при литье под давлением, включая химическую стойкость, низкое поглощение влаги и длительный срок службы.
Благодаря этим свойствам ПП особенно подходит для клиентов в автомобильной, потребительской, промышленной и медицинской отраслях.
Возможность повторного использования материалов HP
Особенно интересна возможность повторного использования материалов HP.
В полимерном ПБФ порошок, окружающий напечатанную деталь, представляет собой тот же материал, который используется для печати детали, и обычно стоит дорого. Конечно, это не было бы проблемой, если бы порошок можно было использовать повторно на 100 процентов, что в настоящее время невозможно.
Одна из причин заключается в том, что в процессах PBF полимеры подвергаются воздействию высоких температур в течение длительного времени, претерпевая таким образом химические изменения, которые делают их характеристики спекания гораздо менее предсказуемыми. В настоящее время единственный способ решить эту проблему — смешать «использованный, но нерасплавленный» порошок с первичным порошком для повторного использования.
В процессе SLS можно переработать только от 30 до 50 процентов порошка, тогда как в процессе MJF повторно можно использовать до 80 процентов порошка. Такой высокий уровень возможности повторного использования порошка достигается за счет инновационных материалов.
Например, HP 3D High Reusability PA 122 был разработан таким образом, чтобы избежать молекулярного роста, пока материал со временем подвергается воздействию температуры. Эти материалы известны как материалы со средней и низкой реакционной способностью, и их можно использовать повторно до 80 процентов без ухудшения качества материала и, следовательно, без ущерба для качества детали.
HP планирует и дальше расширять палитру материалов, поставляя более широкую линейку термопластов, в том числе с огнестойкими свойствами, эластомеры, полиамиды, обычные пластмассы и высокоэффективные материалы.
Решающее значение для этого прогресса будет иметь открытая платформа HP Multi Jet Fusion, которая приглашает химические компании к сотрудничеству в разработке материалов для ускорения инноваций в материалах.
Новый рубеж: 3D-печать металлом
За время своего относительно недолгого присутствия на рынке полимерной 3D-печати компания HP зарекомендовала себя как гибкий и амбициозный революционер. Теперь компания движется к следующему рубежу — 3D-печати металлом.
Следующим расширением аддитивного предложения компании, представленным в 2018 году, является система 3D-печати Metal Jet, основанная на технологии струйной печати связующим.
При струйной обработке металлического связующего жидкое связующее наносится избирательно для соединения частиц порошка, слой за слоем.
Процесс начинается с нанесения тонкого слоя порошка, при этом печатающие головки стратегически наносят капли связующего вещества на слой порошка. Затем печатная форма опускается и наносится еще один слой порошка.
Однако уникальное преимущество, которое HP привнесла в эту технологию, заключается в инновационной технологии печатающей головки и чернил.
Хотя технология струйной печати по своей сути является быстрой, компания HP применила свои знания в области технологии печатающих головок, чтобы сделать ее еще быстрее. Система Metal Jet оснащена 6 печатающими головками по 5280 сопел каждая. Наличие нескольких рядов сопел повышает производительность и надежность принтера.
Кроме того, используя свой опыт в технологии чернил, компания HP разработала инновационное связующее вещество, позволяющее ускорить и удешевить процесс спекания. «При литье металла под давлением обычно приходится более 10 % связующего, которое необходимо выжечь. В нашем случае мы имеем менее 1%, что на порядок меньше, что позволяет спекать быстрее, дешевле и намного проще», — говорит Тим Вебер, глобальный руководитель отдела металлов HP , в интервью AMFG. .
В совокупности эти достижения привели к созданию металлического 3D-принтера, который, как утверждается, обеспечивает экономию и эффективность, сравнимые с традиционными технологиями производства.
Однако HP пока не продает эту машину. Вместо этого компания запустила услугу по производству деталей, стремясь сделать 3D-принтер коммерчески доступным в 2021 году.
Учитывая заявления HP в отношении Metal Jet, эта технология может стать ключом к раскрытию устойчивого ценового предложения для 3D-печати металлом в высоком качестве. -объемное производство.
Одной из отраслей, которая могла бы получить особую выгоду от этой технологии, является автомобилестроение. Volkswagen уже два года сотрудничает с HP в области технологии 3D-печати металлом, стремясь интегрировать структурные детали, напечатанные методом Metal Jet, такие как ручки переключения передач и крепления зеркал, в следующее поколение своих автомобилей.
Развитие цифрового производства
HP, возможно, не самый старый игрок в индустрии 3D-печати, но она твердо намерена стать лидером рынка.
Доказательством этого является не только амбициозный план HP в области 3D-печати, но и полная уверенность в своей технологии. Эта уверенность, например, позволяет HP использовать 3D-печать как часть своей цепочки поставок , производя детали для своих 3D-принтеров.
Компания сделала ставку на 3D-печать как на технологию цифрового производства с тех пор, как впервые опробовала возможности этой отрасли. Теперь HP наращивает темпы в области 3D-печати, и будет интересно увидеть, к чему это приведет как компанию, так и отрасль.
