В настоящее время отечественные технологии для аддитивного производства еще находятся на достаточно ранней стадии развития. Во многом это связано с отсутствие достаточного уровня информированности промышленников о возможностях 3D-печати, что требует целенаправленных программ по обучению специалистов новой генерации, способных учитывать современные средства аддитивного производства в технологических цепочках производственных систем. До сих пор у многих из российских инженеров и конструкторов-производствеников большое удивление вызывают новости, например, о том, что компания FORD стремится заменить традиционное изготовление части деталей для своих автомобилей на печатные. Или о том, что некоторые части на новом российском авиационном двигателе ПД-35 будут также напечатаны на 3D принтере.
Всю существующую технику, на которой производится печать трехмерных объектов, можно условно разделить по таким критериям, как технология печати и область применения. С областью применения все более-менее понятно: бывают профессиональные принтеры и бытовые принтеры. Первые можно увидеть в заводских КБ и отделах 3Д печати, вторые — дома, или в учебном классе.
С технологиями немного сложнее, но давайте попробуем разобраться и в них.
FDM. Печать производится при помощи пластиковой нити, которую экструдируют через сопла различного сечения. Такие принтеры в большинстве своем используются для печати несложных деталей, большинство из них к профессиональному оборудованию имеют мало отношения, тем не менее из-за дешевизны расходных материалов и простоты эксплуатации то один, то другой производитель периодически выпускает машины с большой площадью печати, закрытым контуром, в котором можно поддерживать заданную температуру и несколькими экструдерами. Основными недостатками такой технологии являются низкое разрешение печати по оси Z (как правило 0.1-0.3мм), технологические поддержки, которые печатаются вместе с деталью и потом тяжело удаляются с готового изделия и отвратительная точность по осям Х-У (в районе +-0.3 мм).
SLA. Принтеры, в основе которых лежит эта технология, имеют достаточно много различных модификаций и технических решений, но общее у них одно – все они работают по принципу отверждения фотополимерной пластмассы под действием ультрафиолетового излучения. К преимуществам технологии относят высокое разрешение печати (до 0.016 мм), высокую точность печати – около 0.1 мм. К недостаткам можно причислить наличие поддержек, в некоторых профессиональных моделях вместо выращиваемой поддержки используют воск, но его все равно приходится после печати выплавлять и полностью от него избавится тяжело, а в труднодоступных местах попросту невозможно. Кроме того, большинство фотополимерных пластмасс довольно хрупки и не пригодны для использования в конечных изделиях. Большинство принтеров, представленных в этом сегменте, – профессиональная техника, но есть и ряд бытовых приборов.
SLS и SLM печать: принцип действия таких принтеров, несмотря на разницу в названиях технологий, один и тот же. В бункер, где выращивается деталь, наносится слой за слоем материал в виде мелкодисперсного порошка с фракцией от 0.03 до 0.08мм (в случае SLS печати порошок полимерный, при SLM печати порошок металлический), после нанесения слой спекается по сечению выращиваемой детали при помощи лазера. Детали после такой печати мало отличаются по своим физическим характеристикам от изготовленных традиционными способами, в случае SLS печати в качестве поддерживающего материала выступает неспеченный порошок. Принтеры имеют хорошее разрешение печати (0.1мм), высокую точность по геометрии те же самые 0.1 мм. К недостаткам относят высокую стоимость оборудования и материалов для печати.
Каждая из рассмотренных выше технологий имеет свою достаточно узкоспециализированную область применения. Поэтому для различных задач следует внимательно выбирать соответствующее оборудование. Поскольку стоимость профессиональных принтеров может доходить до 1млн.$.
Целый ряд факторов влияет на решение задачи рентабельности установки 3D принтера на производстве.
Основополагающими факторами, влияющими на стоимость конечного изделия является серийность производства и сложность детали. Как следует из графика, чем выше сложность детали, тем выгоднее применимость внедрения аддитивного производства. С другой стороны, на цену конечного изделия влияет серийность продукции. Логично, что если китайская фабрика выпускает полимерные педали для детского велосипеда в количестве 500 тыс. штук ежемесячно, то стои-мость изготовления пресс-формы для ТПА автомата, пусть даже самой сложной конфигурации, затеряется на этом фоне. В качестве другого примера можно привести одну московскую компанию, которая занимается производством тепловизионных установок. При объемах выпуска одной модели тепловизора от десяти штук в месяц и при достаточно большой стоимости конечного продукта себестоимость создания достаточно сложного корпуса с печатным объемом 380 см3 по технологии SLS составляет около 2800 рублей, разумеется, при наличии собственного принтера.
Можно выделить несколько основных направлений использования технологий 3D печати:
– FDM принтеры (стоимость от 30 до 300 тыс. руб): хобби, обучающие организации, малый и средний бизнес. Назначение: изготовление деталей и моделей с низкой детализацией и не высокими требованиями по прочности.
– FDM принтеры (от 300 до 1200 тыс. руб.): Малый и средний бизнес, макетные мастерские. Назначение: изготовление деталей и моделей с низкой детализацией и не высокими требованиями по прочности, возможность создания крупногабаритных деталей.
– SLA принтеры (от 120 до 400 тыс. руб.): Малый и средний бизнес, ювелирные производства, стоматологические клиники, лаборатории прототипирования. Назначение: изготовление деталей и моделей со средней и высокой детализацией, как правило не большого объема. Модели изготовленные таким методом в своем большинстве используют для снятия с них форм для последующей отливки.
– SLA принтеры (от 1,5 до 10 млн руб.): Как правило относятся к профессиональным машинам, в основном закупаются проектными и конструкторскими бюро, предприятиями занимающимися 3D печатью. Используются для создания крупных деталей с высоким разрешением и высокими требованиями по геометрическим допускам. Назначение конечных изделий то же самое, что и ух младших братьев из более дешевого ценового сегмента – это литьевые модели, не нагруженные детали прототипов.
– SLS принтеры (700 -1500 тыс. руб.): Среднесегментное профессиональное оборудование для 3D печати. Такие принтеры используются на производствах при изготовлении мелкосерийной с среднесерийной продукции, деталей со сложной конфигурацией и при создании рабочих прототипов. Имеют объем печатной камеры в районе 8000 см3.
– SLS и SLM принтеры (5-80 млн руб.): Применяются для создания крупногабаритных металлических или полимерных деталей (в зависимости от технологии SLS или SLM) объемы рабочей камеры могут достигать 1м3. Назначение продукции: Создание нагруженных деталей сложной формы, частей механизмов прототипов и литьевых форм.
В современном производстве аддитивные технологии планомерно занимают свою нишу. Это не значит, что через пять лет будет печататься все подряд, но с введением 3D печати производство становится более гибким. Изменилась форма центральной панели на автомобиле из-за нового головного устройства? Не проблема, инженер скидывает новый файл на печать, на следующий день в сборочном цеху монтируют новые детали, все это происходит, минуя стадии разработки новых прессформ, создания уникальной оснастки и перенастройки термопласт автоматов. При этом, если известно, что остальная часть внутренней обшивки машины внутри серии меняться не будет, детали для нее изготавливаются по традиционным технологиям.
Первый отечественный SLS принтер
В последнее время в России тенденция импортозамещения распространилась и на сферу производства аддитивной техники.
В 2015 году наша компания приступила к разработке SLS принтера средней ценовой категории. Компания «Русский Инженер» работает в сфере инжинирингового аутсора, разрабатывает на заказ различное технологическое оборудование. Идея создать принтер, работающий по технологии селективного лазерного спекания, возникла в ходе работы над заказом для министерства обороны РФ. Оказалось, что компаний, предоставляющих услуги по 3D печати пластиковым порошком, немного и загрузка у них приличная, детали приходилось ждать дней по десять. Так почему бы не сделать свой принтер?
Все оказалось не настолько просто, как виделось вначале: то не хватало скорости перемещения лазерного луча по спекаемой поверхности, то выяснилось, что температурные режимы верхнего слоя порошка в печатной камере нужно регулировать в режиме реального времени, но мы планомерно вносили изменения как в механическую часть принтера, так и в программо-аппаратную и с каждой итерацией приближались к нужному результату.
3D-принтер RED ROCK 3D предназначен для функционального прототипирования, проведения экспериментальных исследований и изготовления рабочих элементов в различных отраслях промышленности. Именно из-за широкого спектра возможного использования перед разработкой принтера наша компания остановилась на технологии SLS, хотя, признаться честно, перед окончательным выбором направления рассматривались предложения по изготовлению принтеров на хорошо знакомых и технологически обкатанных принципах FDM и SLA печати.
3D-принтер RED ROCK 3D изготовлен в России, на собственном оборудовании компании. Пока что, к сожалению, не обошлось без импортных комплектующих, их составляющая – не более 15% от стоимости оборудования.
Принтер также использует импортные расходные материалы – производство высококачественных порошков PP или HDPE отечественная промышленность пока, увы, не освоила.
Для подготовки STL-файлов, содержащих понятные 3D-принтеру RED ROCK 3D инструкции по печати трехмерных объектов, используется программное обеспечение Glicer. Это ПО является совместной разработкой специалистов Московского авиационного института (национального исследовательского университета, кафедра №904 «Инженерная графика») и ООО «Аддитивные технологии».
Основное преимущество продукта состоит в том, что за сравнительно небольшую стоимость предприятия получают машину, работающую на основе технологии селективного лазерного спекания полимеров. В настоя-щее время спрос на это устройство со стороны зарубежных заказчиков – в том числе из Германии, Италии, Южной Кореи и Австралии – превышает спрос на него со стороны отечественных предприятий. Несмотря на это, большинство наших машин продается на внутреннем рынке страны.
Источник: http://www.umpro.ru/
Авторы: Сергей Цветков
