Обзор современного российского оборудования для 3D-печати металлами

Основе преимущество 3D-печати металлом — прямое производство изделий, без литья и сложной станочной обработки. Добавьте к этому разнообразие форм, возможность топологической оптимизации всего изделия, существенную экономию сырья. В результате получится практически идеальная модель производства. Российская промышленность, похоже, придерживается того же мнения — самые различные отрасли (авиа-, машиностроение, медицинская промышленность) постепенно внедряют 3D-печать в технологические цепочки. Сложнее обстоит с оборудованием — несколько лет назад цена на зарубежные установки доходила до нескольких миллионов долларов, а российских 3D-принтеров по выращиванию металлических изделий не существовало.

Но это время уходит, оборудование постепенно дешевеет, а рыночные ниши не терпят пустоты. За последние годы сразу несколько российских производителей объявили о работе над 3D-принтерами по металлу. Ниже расскажем, что у них получилось.

Росатом

Госкорпорация «Росатом» активно развивает инновационные направления, в частности аддитивные технологии и металлическую 3D-печать. Первый 3D-принтер собственного производства сотрудники Росатома показали в 2016 году в Екатеринбурге на международной выставке «ИННОПРОМ». Оборудование и программное обеспечение для него разработали специалисты Государственного научного центра РФ АО «ЦНИИТМАШ» (входит в Машиностроительный дивизион Росатома — АО «Атомэнергомаш») совместно с научным дивизионом Росатома (АО «Наука и инновации»).

Первый 3D-принтер по металлу госкорпорации «Росатом»

Стала ли система Росатома первой российской аддитивной машиной неизвестно, поскольку в Екатеринбурге в тот день находились сразу два «металлических» 3D-принтера — от ЦНИИТМАШ и Уральского федерального университета. Сейчас пилотный образец 3D-принтера Melt Master3D-550 выполняет тестовые заказы предприятий Росатома. В начале июля он распечатал крыльчатку для электронасоса. В перспективе на нём же планируется изготавливать детали тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.

В течение полутора лет Росатом планирует выйти на серийное производство от 10 и более принтеров, а к 2025 году занять не менее 1,5% мирового аддитивного рынка оборудования и услуг. Реализовывать столь амбициозную задачу планируется с помощью вновь созданного-интегратора — дочерней компании «Росатом-Аддитивные технологии» (РуСАТ). Компания будет контролировать все производственные процессы в сфере 3D-печати и займется поиском клиентов.

На данный момент инженеры госпорпорации фокусируются на SLM-технологии металлической 3D-печати, в работе с которой с 2015 года накопили значительные компетенции, а в дальнейшем планируют освоить прямое лазерное выращивание (LMD). С технической точки зрения в корпорации рассчитывают быть «в рынке», соответствовать актуальным тенденциям в оборудовании и программном обеспечении, но многое будет зависеть от потребностей клиентов.

На основе первого 3D-принтера с рабочей камерой 550 мм специалисты Росатома создают модельный ряд новых машин. Название товарной линейки пока не анонсируется, но от Melt Master3D, видимо, корпорация отойдет. Уже есть первые коммерческие и научно-исследовательские проекты, для которых требуется аддитивное оборудование. Основная сборка 3D-принтеров будет выполняться в Новоуральске Свердловской области, на производственной площадке Топливной компании Росатома «ТВЭЛ».

Точные характеристики планируемых 3D-принтеров пока неизвестны. Скорее всего, новая линейка будет состоять из 3-4 модификаций, отличающихся размерами рабочих камер и мощностью лазера.

Характеристики:

  • Аддитивная технология SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное плавление)
  • Диапазон рабочих камер 300–600 мм
  • Тип и мощность лазера иттербиевый волоконный, 200–700 Вт
  • Количество лазеров 1–3 шт
  • Скорость печати от 12 см3/час на один лазер
  • Диаметр лазерного пятна 70–150 мкм
  • Минимальная толщина слоя от 20 мкм
  • Совместимые расходные материалы титан и его сплавы; алюминий и его сплавы; стали; нержавеющие сплавы; инструментальные сплавы; жаропрочные сплавы/стали и другие материалы

Стоимость и условия поставки. Стоимость линейки моделей будет в пределах 35–90 млн рублей. Комплект и условия поставки прямо зависят от контракта. В общем виде заказчик получает 3D-принтер, стартовый комплект инструментов, аксессуаров, расходные материалы; программное обеспечение, обучение (курс оператора, курс программирования), гарантийное обслуживание в течение 1 года, инсталляцию и пусконаладочные работы.

В августе 2018 года РусАТ объявил о выпуске первого российского 3D-принтера, работающего одновременно с двумя металлическими порошками. По сравнению с однолазерной системой, производительность двухлазерной увеличена на 60%.

Уральский федеральный университет

Одновременно с 3D-принтером Росатома готовый экземпляр собственной аддитивной установки продемонстрировали специалисты Регионального инжинирингового центра Уральского федерального университета (УрФУ). Образец, показанный на выставке «ИННОПРОМ», работал по технологии селективного лазерного плавления (SLM) и на 60% состоял из отечественных комплектующих.

За 2 года уральские инженеры прошли большой путь к серийному производству. К выпуску готова линейка 3D-принтеров под общим названием УрАМ (Уральская аддитивная машина), которая состоит из устройств разного габарита с круглыми или прямоугольными рабочими столами. Сейчас выпущено 4 модели с прямоугольным рабочим столом (УрАМ-550, УрАМ-575, УрАМ-5100, УрАМ-5125) и столько же моделей с круглым столом (УрАМ-100D, УрАМ-150D, УрАМ-200D).

3D-принтер УрАМ с прямоугольным рабочим столом
Принципиальная разница между ними — в конструкции. Машины с прямоугольным столом имеют многомодульную структуру, состоящую из модуля подготовки порошка, модуля построения изделия (рабочий модуль) и пульта управления. Такая компоновка машины позволяет изменять рабочий модуль под задачи заказчика, например, использовать один и тот же модуль для разных машин. Все операции у машин серии УрАМ-500 автоматизированы. Вручную производится только загрузка порошка из транспортной тары в приемную камеру и очистка изделия от порошка.

Характеристики:

  • Аддитивная технология SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное плавление)
  • Размер рабочего стола 500×500 мм 500×750 мм 500×1000 мм 500×1250 мм
  • Максимальная высота построения 500 мм 500 мм 500 мм 500 мм
  • Толщина формируемого слоя 30–200 мкм 30–200 мкм 30–200 мкм 30–200 мкм
  • Мощность лазера 500 Вт 500 Вт 500 Вт 500 Вт
  • Количество лазеров 4 шт 6 шт 8 шт 10 шт
  • Размер фокусного пятна 40–100 мкм 40–100 мкм 40–100 мкм 40–100 мкм
  • Совместимые расходные материалы металлические порошки сферической формы из сплавов титана, нержавеющей и легированной стали, меди и алюминия со средним медианным диаметром 20–25 мкм

Аддитивные машины с круглым рабочим столом имеют одномодульную конструкцию. Внутри модуля расположены все основные зоны, включая рабочую камеру и бункер для обработки порошка. Изменить такую конструкцию пользователь не сможет.

3D-принтер УрАМ с круглым рабочим столом

Партнером УрФУ по разработке аддитивных машин стал оборонный концерн ВКО «Алмаз-Антей». В 2017 году на международной выставке «ИННОПРОМ» стороны подписали соглашение о сотрудничестве в сфере инноваций, в том числе по внедрению аддитивных технологий в производственный цикл. Сейчас партнеры обсуждают запуск серийного производства 3D-принтеров серии УрАМ, которое планируется наладить к 2020 году. До этого времени покупатель может заказать машину в перечисленных модификациях.

Характеристики:

  • Аддитивная технология SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное плавление)
  • Диаметр рабочего стола 100 мм 150 мм 200 мм
  • Максимальная высота построения 200 мм 200 мм 200 мм
  • Толщина формируемого слоя 20–200 мкм 20–200 мкм 20–200 мкм
  • Мощность лазера 300 Вт 300 Вт 300 Вт
  • Количество лазеров 1 шт 1 шт 1 шт
  • Размер фокусного пятна 30–60 мкм 40–100 мкм 40–100 мкм
  • Совместимые расходные материалы металлические порошки сферической формы из сплавов титана, нержавеющей и легированной стали, меди и алюминия со средним медианным диаметром 20–25 мкм

Стоимость и условия поставки. Стоимость машин с прямоугольным столом начинается от 80 млн рублей (без НДС). Большая машина УрАМ-5125 будет стоить 143 млн. Цена 3D-принтеров с круглым столом колеблется от 28 до 32 млн рублей. В стоимость оборудования входит шеф-монтаж на объекте, ввод в эксплуатацию, гарантийное обслуживание в течение года.

3DSLA

Петербургская компания «Эксклюзивные Решения» (торговая марка «3DSLA — Российские 3D-принтеры») стала известной благодаря 3D-принтерам, работающим по методу стереолитографии. В 2014 году параллельно с полимерами производитель начал эксперименты с металлической 3D-печатью. Первый 3D-принтер по металлу компания представила в 2016 году на выставке Top3DExpo.

К настоящему времени компания разработала несколько модификаций «металлических» 3D-принтеров, собственную программно-аппаратную платформу и ПО Triangulatica. Линейки RussianSLM и ProM функционируют по методу селективного лазерного плавления металлического, поликерамического или иного плавкого порошка. Серия RussianSLM включает 3D-принтеры RussianSLM 125/150, RussianSLM 200, RussianSLM 250. Числа в названии моделей — объем построения детали. Так, RussianSLM 150 выращивает изделия максимальным объемом 150×150×150 мм.

SLM-принтер линейки RussianSLM

Серия ProM условно обозначает модели, который могут быть изготовлены индивидуально под производственные и научные задачи пользователя. Данные модификации имеют несколько важных функций, в частности опции температурной карты сформированного слоя, двухстадийной системы удаления порошка, увеличения высоты построения детали до 750 мм и др.

Кроме больших машин RussianSLM, 3DSLA выпускает компактный вариант металлического 3D-принтера RussianSLM FACTORY. В сравнении со «старшими братьями» он стоит в несколько раз дешевле. 3D-принтер имеет возможность объединять до четырех базовых модулей (производитель называет их «печатающими ячейками») с единой управляющей станцией. В такой конфигурации оператор управляет всей фермой из четырех 3D-принтеров, а сами машины выполняют одну или несколько задач параллельно.

Компактный 3D-принтер RussianSLM FACTORY

Характеристика:

  • Аддитивная технология SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное плавление)
  • Рабочий объём построения (XxYxZ) диаметр: 170 мм, высота: 140 мм 50×150×150 мм 200×200×200 мм 250×250×250 мм >250 мм по каждой оси
  • Тип лазера волоконный волоконный волоконный волоконный волоконный
  • Мощность лазера 300 Вт от 300 Вт от 300 Вт от 300 Вт от 300 Вт
  • Диаметр пятна лазера 35–75 мкм 25–65 мкм 35–65 мкм 45–75 мкм 45–75 мкм
  • Скорость построения от 22 см3/час от 22 см3/час от 20 см3/час от 15 см3/час от 15 см3/час
  • Скорость сканирования 10 м/с 10 м/с 12 м/с 12 м/с 12 м/с
  • Совместимые расходные материалы металлический, поликерамический или иной плавкий порошок различной фракции (менее 60 мкм), в частности: сферические порошки сталей, титановые сплавы, кобаль-хромовые сплавы (кобальт-хром, кобальт-ванадий-хром, кобальт-хром-молибден), порошки латуней и порошки никелевых сплавов

Стоимость и условия поставки. Цена 3D-принтера линейки RussianSLM начинается от 19,5 млн рублей и зависит от конфигурации устройства. Компактная установка RussianSLM FACTORY имеет фиксированную цену — 9,5 млн рублей. В стоимость поставки любого 3D-принтера входит сам аппарат, расходные материалы и пусконаладочные работы.

Лазеры и аппаратура

Московская компания «Лазеры и аппаратура» выпускает две модели аддитивных машин: МЛ6 для выращивания изделий по методу послойного сплавления (SLM) и МЛ7 для прямого лазерного выращивания LMD.

3D-принтер МЛ6 впервые представлен на международной выставке «Металлообработка» в 2016 году. Тогда же весной 2016 года в технологическом центре компании на ней начали выращивать детали.

Промышленный 3D-принтер ML6

Сейчас линейка оборудования состоит из трёх серийных моделей: МЛ6.1.050, МЛ6.1.100 и МЛ6.1250 с полями построения: 50×50×50, 110×110×110 и 250×250×320 мм соответственно. Инженеры «Лазеры и аппаратура» работают над устройстваи с увеличенной зоной обработки. В Зеленограде, где у компании расположено производство, работают две машины МЛ6. На них выращиваются тестовые образцы для заказчиков и ведётся отработка режимов печати.

Характеристики:

Аддитивная технология SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное плавление)

  • Размер поля построения 55×55×55 мм3 100×100×100 мм3 255×255×255 мм3
  • Тип лазера иттербиевый волоконный иттербиевый волоконный иттербиевый волоконный
  • Мощность лазера до 100 Вт до 400 Вт до 400 Вт
  • Скорость построения 2–10 см3/час 2–10 см3/час 2–10 см3/час
  • Толщина слоя 0,03–0,1 мм 0,03–0,1 мм 0,03–0,1 мм
  • Максимальная скорость сканирования 9 м/с 9 м/с 9 м/с
  • Диаметр пятна, регулируемый 70–250 мкм 70–250 мкм 70–250 мкм
  • Совместимые расходные материалы порошки нержавеющих сталей, никелевых сплавов, кобальт-хромовых сплавов, титана, алюминия

В 2015-2016 гг. компания «Лазеры и аппаратура» совместно с Научно-производственным центром газотурбостроения «Салют» разработали лазерную машину для аддитивного производства изделий из металлического порошка МЛ7. Устройство работает по технологии прямого лазерного выращивания (LMD). LMD (Laser Metal Deposition) — прямое лазерное выращивание с использованием подачи порошка или проволоки непосредственно в место построения. Прямое выращивание позволяет вести построение с большими скоростями и в большем объёме, но точность и сложность метода ниже, чем у SLM-машин.

Аддитивная установка ML7

Установка может использоваться для автоматической лазерной порошковой наплавки контактных поверхностей, бандажных полок, рабочих лопаток турбины и секторов сопловых аппаратов авиационных двигателей из жаропрочных сплавов; для ремонта прессформ и изготовления изделий сложной геометрии.

Характеристики:

  • Аддитивная технология LMD (Laser Metal Deposition, прямое лазерное выращивание)
  • Рабочий объём камеры построения 250×250×250 мм3, 300×400×400 мм3
  • Точность ≥ 0,3 мм
  • Скорость построения 10–40 см3/час
  • Толщина слоя 0,1–1 мм
  • Рабочий ход (перемещение) по осям XYZ, не менее 400×400×400 мм
  • Производительность одной колбы до 6 кг/час
  • Диапазон подачи порошка металлов 0,1–30 г/мин
  • Совместимые расходные материалы металлы и сплавы в порошковой форме: хромо-никелевые сплавы, кобальт-хромовые сплавы, нержавеющая сталь и другие материалы отечественного и зарубежного производства (порошок гранулированный)

Стоимость и условия поставки. Цена линейки SLM-принтеров МЛ6 составит 15 до 40 млн рублей, LMD-машин МЛ7 18–45 млн рублей. В стоимость поставки входит обучение, пусконаладочные работы и гарантийное обслуживание.

ЛАР Технологии

В июле 2017 г. компания «ЛАР Технологии» из Санкт-Петербурга выпустила бюджетный промышленный 3D-принтер LAR P, работающий по технологии селективного лазерного плавления (SLM).

Рабочая камера 3D-принтера LAR

Создатели позиционируют продукт как доступный экономичный 3D-принтер. Его цена составляет 9,8 млн руб. Такую низкую стоимость представители компании объясняют российскими комплектующими (принтер на 90% собран из отечественных деталей) и корпоративной политикой.

Сейчас налажено производство нескольких модификаций, которые отличаются размерами зоны построения деталей: LAR P, LAR200, LAR 300, LARge (>300 мм3). Все 3D-принтеры оснащены иттербиевым волоконным лазером мощностью 200 Вт. Скорость печати колеблется от 12 до 15 см3/час.

Характеристики:

  • Аддитивная технология SLM (Selective Laser Melting, селективное лазерное плавление)
  • Зона построения (включая строит. платформу) 100×100×200 мм 200×200×200 мм 300×300×300 мм
  • Скорость печати (сплав AlSi10Mg) от 12 см3/час от 15 см3/час от 15 см3/час
  • Точность изготовления 0,03/0,06 мм 0,05/0,10 мм 0,05/0,10 мм
  • Тип лазера иттербиевый волоконный иттербиевый волоконный иттербиевый волоконный
  • Мощность лазера 200 Вт 200 Вт 200 Вт
  • Скорость сканирования в процессе выращивания 7 м/с 7 м/с 7 м/с
  • Диаметр пятна в фокусе 80 мкм 80 мкм 80 мкм
  • Тип, марка используемого порошка порошок нержавеющей стали марки ПР-Х15Н5Д4Б, кобальт-хромовые сплавы

Стоимость и условия поставки. Стоимость компактного принтера LAR P составит 9,8 млн рублей, LAR 200 обойдется в 12,9 млн рублей, цена LAR 300 — 14,9 млн. Все модели поставляются под заказ. Расходные материалы, установка и пусконаладочные работы докупаются отдельно.

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

В мае 2017 года прошла презентация первого в России 3D-принтера, который работает по принципу электронно-лучевой аддитивной технологии (ЭЛАТ). Новое устройство создавалось в кооперации сразу нескольких предприятий: РКК «Энергия», Институт физики прочности и материаловедения СО РАН и Томского политехнического университета.

Экспериментальный образец 3D-принтера технологии ЭЛАТ

Электронно-лучевая аддитивная технология (ЭЛАТ, EBAM) — процесс получения деталей и изделий с заранее заданными формой и свойствами путем послойного локального наплавления тонкой металлической проволоки с помощью электронного луча. Электронный луч создает на поверхности формируемого изделия ванну расплавленного метала. В ванну с определенной скоростью подается проволока, с помощью которой и выращивается изделие. Технология ЭЛАТ эффективна в мелкосерийном и единичном производстве изделий сложной формы из дорогостоящих металлов и жаропрочных и высокопрочных сплавов. 3D-принтер, работающий по данному методу, способен формировать изделия размерами до 3 м3 с высокой скоростью (до 9–10 кг/час) и использовать даже трудносвариваемые сплавы (титан, тантал, вольфрам).

На сегодня 3D-принтер находится в стадии разработки. Создатели планируют выпустить несколько модификаций машины с разной областью печати. Сейчас в ИФПМ закончили работу над маленькой установкой, которая способна сплавлять изделия объёмом до 1 м3. Исследовательские испытания закончатся через 2–3 месяца. Большая установка (объёмом деталей до 8 м3) будет готова в начале 2019 года. Характеристики машины не раскрываются, как и сроки серийного производства.

Институт лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ

Институт лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) СПбГМТУ выпускает несколько аддитивных установок. Все они действуют по технологии LMD — создании изделий сложной формы из металлического порошка, подаваемого в зону воздействия лазерного луча. Геометрия движения зависит от программно-заданной траектории и формы 3D-модели.

Установка прямого лазерного выращивания ИЛИСТ-L

Впервые аддитивная установка производства «Корабелки» была представлена широкой публике на выставке «Металлообработка-2018». Однако первый практический результат петербуржцы получили гораздо раньше. Создание аддитивных машин, работающих по методу прямого лазерного осаждения, началось в 2014 году. Через год Институт имел собственные опытные установки, а в октябре 2016 года ИЛИСТ получил государственный проект от Минобрнауки и Самарского завода им.Кузнецова. В мае 2018 года ПАО «Кузнецов» запустил высокоскоростной 3D-принтер по металлу производства ИЛИСТ.

Сейчас налажено мелкосерийное производство установок в четырех модификациях в зависимости от размера выращиваемого изделия. Оборудование выпускается под заказ, на основе технического задания покупателя. Основные клиенты ИЛИСТ — крупные промышленные предприятия судостроения и ВПК. Так, в прошлом году у института появились несколько крупных контрактов на поставку оборудования — купить новые аддитивные установки пожелали Центр судоремонта «Дальзавод» (Владивосток) и Правительство Москвы. До конца 2018 года Институт отгрузит заказчикам еще 5 машин.

Строительным материалом для машин ИЛИСТ являются металлические порошки размером 20-200 мкм. Технология позволяет использовать сферические и асферические порошки трудносвариваемых сплавов: нержавеющих сталей, сплавов из никеля, титана, кобальта, бронзы, металлокерамики и др.

Характеристики:

  • Аддитивная технология LMD (Laser Metal Deposition, прямое лазерное выращивание)
  • Размер выращиваемого изделия диаметр 300 мм, высота 300 мм диаметр 800 мм, высота 500 мм диаметр 1300 мм, высота 600 мм диаметр 2100 мм, высота 600 мм
  • Максимальный вес изделия 50 кг 400 кг 400 кг 1000 кг
  • Тип лазера, мощность волоконный до 3 кВт волоконный до 3 кВт волоконный до 3 кВт волоконный до 3 кВт
  • Производительность до 100 см3/час до 175 см3/час до 250 см3/час до 250 см3/час
  • Количество синхронно управляемых осей 5 шт 8 шт 8 шт 9 шт
  • Совместимые расходные материалы металлические порошки размером 20-200 мкм: сферические и асферические порошки трудносвариваемых сплавов: нержавеющих сталей, сплавов из никеля, титана, кобальта, бронзы, металлокерамики и др.

Стоимость и условия поставки. Цена каждой машины определяется функционалом установки (мощность лазера, размер рабочей зоны, дополнительные опции и т. д.) и начинается от 50 млн рублей. В стоимость входит установка, пусконаладка и обучение персонала.

Другие организации

Также о разработках новых 3D-принтеров, работающих с металлом, в разное время объявляли Крымский федеральный университет и Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления.

КФУ имени В. И. Вернадского приступил к работам по созданию промышленного 3D-принтера в конце 2017 года. Заместитель директора по научной работе Физико-технического института КФУ Максим Яворский на пресс-конференции в Симферополе рассказал, что предстоит «большой проект на сотни миллионов рублей». На какой стадии находится разработка, сказать сложно — в университете нашей редакции не смогли пояснить, какой 3D-принтер разрабатывается в их стенах.

Весной 2018 г. о создании сверхбюджетного 3D-принтера по металлу объявили ученые ВСГУТУ. Конкурентное преимущество бурятского оборудования заключается в его цене — стоимость прототипа составляет 1 миллион рублей. Точные характеристики 3D-принтера пока не называются, известно лишь, что это будет «малогабаритное изделие» из российских комплектующих с особым «ноу-хау» от разработчиков. В ближайшее время ученые надеются довести оборудование до ума и представить его публике.

Источник: http://www.3dpulse.ru/