8 российских предприятий, успешно внедряющих аддитивные технологии

Высокое качество 3D-печати
Ольга Горобец
Высокое качество 3D-печати

Аддитивные технологии находят активное применение в энергомашиностроении, приборостроении, авиационной промышленности, космической индустрии, там, где высока потребность в изделиях сложной геометрии. В России с аддитивными технологиями познакомилось уже немало предприятий. Предлагаем вашему вниманию материал из альманаха «Управление производством», в котором описывается несколько примеров эффективного внедрения 3D-печати.

Доступность аддитивных технологий дает возможность наладить производство необходимых деталей на собственных площадках, исключив посредников, поставщиков, риски доставки и сократив себестоимость производства. Например, как отметил глава АО «Наука и инновации» Алексей Дуб, «бывают случаи, когда изделие весом 900 г изготавливается из исходной заготовки весом 28 кг. Понятно, что с учетом цены материала стоимость подобных машиностроительных работ очень высока. Но можно это сделать фактически без потерь материала и сразу выращивать это изделие».

Серьезные исследовательские проекты реализует Всероссийский НИИ авиационных материалов (в том числе по созданию расходных средств для трехмерной печати). Большой интерес высказывают предприятия металлургии, авиационной, космической промышленности и военно-промышленного комплекса, в их числе – НПО «Энергомаш», Тихвинский вагоностроительный завод, Уралвагонзавод, Воронежсельмаш, Тушинский машиностроительный завод и другие. В основном они применяют 3D-печать для создания прототипов деталей, а не конечных изделий.

3D-решения для производственного контроля

«Аддитивные технологии открыли возможность изготовления деталей любой сложности и геометрии без технологических ограничений. Геометрию детали можно менять еще на стадии проектирования и испытания», – подчеркнул начальник отдела разработки перспективных технологий ремонта «Авиадвигателя» Александр Ермолаев.

На Тихвинском вагоностроительном заводе (НПК ОВК) был реализован первый в отрасли проект применения аддитивных технологий в производстве. Здесь с помощью 3D-принтера выпускаются элементы литейной модельной оснастки, служащей для получения при формовке отпечатка в песчаной огнеупорной смеси под последующую заливку металла. Оборудование гарантирует высокое качество печати – толщина каждого из слоев составляет от 0,05 до 0,15 мм в зависимости от настроек. Вес произведенного принтером изделия может достигать 150 кг, что достаточно много, учитывая использование в работе полимерного сырья. Применение новой технологии позволило сократить время выпуска крупных (длиной до 3 м) элементов оснастки сложной конфигурации всего до одной недели с последующим незамедлительным началом производства опытных отливок. Кроме того, данное оборудование имеет хорошие показатели энергоэффективности и гарантирует экономный расход материалов для 3D-принтера.

Аддитивные технологии открыли возможность изготовления деталей любой сложности и геометрии без технологических ограничений. Геометрию детали можно менять еще на стадии проектирования и испытания.

Подготовка файлов для печати осуществляется на компьютерах со стандартным программным обеспечением, в работу принимаются файлы формата STL. Это широко используемый сегодня формат хранения трехмерных объектов для стереолитографических 3D-принтеров. Инвестиции в проект составили порядка 60 млн рублей.

Александр Зданевич, ИТ-директор НПК «Объединенная Вагонная Компания»: «Технологии аддитивной печати прогрессируют, и, вероятнее всего, уже в ближайшем будущем они изменят лицо целого ряда индустрий. Главным образом это касается предприятий, на которых выпускаются штучные товары под конкретный заказ. С массовым производством дело обстоит сложнее, хотя разные типы 3D-принтеров уже сейчас находят применение в данной области.

Аддитивное производство как бизнес

Существует множество технологий объемного синтеза. Одной из перспективных для промышленного внедрения является лазерная стереолитография (SLA). Процесс можно разделить на два этапа. На первом формируется слой построения в виде равномерно распределенного по поверхности рабочей платформы жидкого фотополимера. Затем происходит выборочное отверждение участков данного слоя  в соответствии с текущим сечением построенной на компьютере 3D-модели.

Применительно к железнодорожному машиностроению данную технологию можно использовать на этапе подготовки литейного производства, в частности, при производстве комплекта литейной оснастки. Один и тот же комплект оснастки, уникальный под каждую отливку, используется на протяжении тысяч циклов производства соответствующих литейных форм.

От соблюденной в процессе изготовления комплекта оснастки точности всех предусмотренных конструкторами параметров напрямую зависит качество конечного изделия. Традиционный способ изготовления комплекта оснастки путем механической обработки материалов (металла, пластика, иногда и дерева) весьма трудоемок и длителен (подчас занимает до нескольких месяцев), при этом чувствителен к ошибкам.

Технологии 3D-печати позволяют максимально точно воспроизводить требуемую геометрию элементов оснастки, получаемых как напрямую печатью, так и заливкой в изготовленные на принтере мастер-модели, и при этом ощутимо экономить время».

Лазерная стереолитография
Изделия, созданные на стереолитографическом 3D-принтере (SLA-печать)

На пермском моторном заводе «Авиадвигатель» технологию селективного лазерного спекания (SLS) впервые применили еще в 2010 году для изготовления литых деталей по выжигаемым моделям. В 2011 году на предприятии появилось оборудование для ремонта деталей методом лазерной наплавки (LMD), в 2013-м – началось освоение выращивания металлических деталей по технологии селективного лазерного плавления (SLM). Оборудование «Авиадвигатель» приобретал в рамках программы техперевооружения предприятий Объединенной двигателестроительной компании, которое проводилось в преддверии начала проекта по созданию перспективного двигателя ПД-14 самолета МС-21. Также при помощи аддитивных технологий завод выполняет работы по доводке деталей для двигателей наземного применения – газовых турбиниэлектростанций.

Технологии аддитивной печати прогрессируют, и, вероятнее всего, уже в ближайшем будущем они изменят лицо целого ряда индустрий.

«Сейчас конструкторы разрабатывают детали, геометрию которых традиционными методами – точением или литьем – выполнить крайне сложно или вообще технически невозможно, – поделился начальник отдела разработки перспективных технологий ремонта «Авиадвигателя» Александр Ермолаев, – а на «выращивание» одной детали, к примеру, завихрителя, кронштейна, гребенки, уходит от 6 до 40 часов». Завод использует титановые, никелевые, стальные, кобальт-хромовые порошки: для лазерного плавления требуется диаметр 10-63 мкм, для наплавки – 40-80 мкм, – в год примерно по 200 кг каждого наименования.

КБ «Луч» представило свой опыт применения возможностей 3D-печати в рамках первой конференции по аддитивным технологиям, продемонстрировав беспилотный летательный аппарат. Он был спроектирован на компьютере, причем оптимальную конструкцию предложила специальная программа. Затем все узлы и детали летательного аппарата были напечатаны при помощи 3D-принтера – эта работа заняла 30 часов. Сотрудникам КБ осталось только собрать аппарат. На всю работу, от замысла до изготовления беспилотника, ушло всего два месяца, в то время как традиционно это занимает несколько лет.

На «выращивание» одной детали, к примеру, завихрителя, кронштейна, гребенки, уходит от 6 до 40 часов.

«Данные технологии уже не являются чем-то фантастическим. Их применение может быть особенно актуально для удаленных и труднодоступных производств, которыми являются наши газоперерабатывающие заводы, – их целесообразно будет оснастить новым оборудованием, как только 3D-печать станет более-менее доступна на рынке. Это позволит на месте осуществлять быстрый выпуск деталей для внепланового ремонта в место содержания аварийно-технического запаса, – поделился собственным видением Олег Новожилов, директор по корпоративному обучению и управлению знаниямикомпании СИБУР. – У данной темы есть много нюансов, касающихся в том числе и сертификации продукции, но все проблемные моменты могут быть решены».

Активно осваивает цифровые технологии производства пензенское научно-производственное предприятие «Рубин». Инженеры-конструкторы предприятия создают объемные чертежи с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР или CAD), а затем изготавливают прототипы с помощью 3D-принтеров. «Не каждое изделие можно получить механически. Эта технология позволяет получать очень сложные профили с такими полостями, что инструмент просто не может обеспечить», – пояснил заместитель начальника конструкторского отделения АО «НПП «Рубин» Алексей Логинов.

Высокое качество 3D-печати
3D-принтер гарантирует высокое качество печати – толщина каждого из слоев составляет от 0,05 до 0,15 мм

Пополнили 3D-принтером свой арсенал технических средств и разработчики ЗАО «Промтрактор-Вагон». Впервые технология начала применяться для печати деталей тележки «33». «Эти копии в уменьшенном масштабе очень пригодились для проработки алгоритмов сборки и проверки на собираемость инновационной вагонной тележки, – рассказал главный конструктор Андрей Яковлев. – Кроме тележки «33» в ОГК предприятия при помощи 3D-принтера изготовили узлы и детали вилочного погрузчика, выпускаемого в ОАО «САРЭКС».

Не каждое изделие можно получить механически. Эта технология позволяет получать очень сложные профили с такими полостями, что инструмент просто не может обеспечить.

Ранее на создание натурного прототипа из специального пластилина, например, из 50 деталей, конструкторам пришлось бы потратить недели, а то и месяцы. Потребовались бы кропотливые замеры, а затем подгонка деталей модели. «3D-принтер "выпекает" деталь конструкции в среднем за 20-40 минут (в зависимости от сложности детали), – подчеркнул Андрей Яковлев. – Причем они могут быть самых разных цветов. Таким образом, есть возможность отпечатать полноценную конструкторскую модель, у которой каждая деталь выполнена разными оттенками. 3D-печать позволяет доработать узлы и компоненты изделий до начала серийного производства, устранить мелкие недочеты, которые неизбежны при проектировании новой продукции».

В «отпечатанные» модели можно встроить и другие узлы и агрегаты. Трехмерная печать полностью окупается за счет высокой скорости изготовления прототипов, а также за счет «доработки на столе» прямо в ОГК, которая экономит уйму времени и денег, нежели изготовление натурных образцов в «железе» на производстве.

Значительную работу по продвижению аддитивных технологий проводит Госкорпорация «Росатом». Руководство уверено, что скоро в госкорпорации будут присутствовать все компоненты «цифрового производства» – от разработки материалов, оборудования, технологий до производства изделий. В отрасли реализуется программа по аддитивным технологиям, она состоит из подразделов: технология, сырье, оборудование, стандартизация. Разработкой технологий производства металлических порошков для 3D-печати в Росатоме занимаются три института: «Гиредмет», ВНИИХТ, ВНИИНМ. Одновременно ведется работа по созданию опытного образца 3D-принтера для трехмерной печати металлических и композитных изделий. Росатом планирует представить образец уже к концу 2017 года.

Трехмерная печать полностью окупается за счет высокой скорости изготовления прототипов, а также за счет «доработки на столе» прямо в ОГК, которая экономит уйму времени и денег, нежели изготовление натурных образцов в «железе» на производстве.

«К началу 2018 года мы должны весь цикл по аддитивным технологиям внутри Росатома замкнуть. Нам нужен еще год, чтобы запустить свой собственный пилотный образец установки, и примерно столько же – для того, чтобы договориться со всеми сторонами, которые обеспечивают используемую нормативную составляющую», – рассказал Алексей Дуб.

В структуре Росатома аддитивные технологии развиваются в топливной компании «ТВЭЛ», которая активно сотрудничает с созданным при УрФУ региональным инжиниринговым центром, работая над созданием российского 3D-принтера. Для Уральского электрохимического комбината и его предприятий порошковая металлургия не новинка. Например, на заводе электрохимических преобразователей порошки применялись при производстве фильтров для газовой диффузии урана при разделении изотопов, также для припоев и поверхностного напыления.

3D-печать в Томском политехе
В научно-образовательном центре «Современные производственные технологии» Томского политеха

Одним из первопроходцев в области лазерных принтеров можно назвать научно-образовательный центр «Современные производственные технологии» Томского политехнического университета. Он укомплектован принтером электронно-лучевого сплавления (электронно-лучевым), лазерным принтером, принтерами, печатающими армированными композитами, а также ультразвуковым томографом, осуществляющим здесь же, «у станка», неразрушающий контроль готовых изделий. Специалисты центра изготавливают АМ-установки, разрабатывают программное обеспечение к ним и намерены продвинуться дальше «лаборатории».

В центре аддитивных технологий ТПУ настроен весь производственный цикл – от идеи до реализации готового изделия. Можно произвести и протестировать детали для обшивки космических кораблей, импланты для черепно-лицевой хирургии, изделия сложной формы для авиационной промышленности и многое другое, а также создать новые цифровые установки, например, для печати инструментов на МКС. «С помощью наших уникальных технологий мы можем создавать импортозамещающую продукцию, которая в разы дешевле импортных аналогов, при этом по качеству не хуже», – уверен директор центра Василий Федоров.

У развития аддитивных технологий есть и сдерживающие факторы.

  • Во-первых, высокая стоимость технологии (оборудования и материала), впрочем в процессе развития технологий цена постепенно снижается.
  • Во-вторых, нехватка квалифицированных, знающих технологию кадров.
  • В-третьих, недостаточная освоенность, отсутствие метрологического обеспечения вызывает опасения при производстве деталей высокой важности.
  • АМ-процессы (Additive Manufacturing) пока не интегрированы в технологию изготовления изделий. «Понятно, что любой ответственный конструктор не поставит в ответственное изделие деталь, не зная при этом, сколько она прослужит», – прокомментировал Алексей Дуб.
  • Важной задачей является необходимость разработки системы сертификации и стандартизации аддитивных изделий, технологических процессов, порошков и композиций. Для решения этих вопросов при Росстандарте был сформирован технический комитет, который ведет работу по созданию нормативной документации в сфере аддитивных технологий.
3D-принтинг начинает распространяться в мире, и Россия не должна отставать в этой области. Применение данных технологий позволяет удешевить изделие, ускорить его проектирование и производство.
 
– глава Минпромторга Денис Мантуров

Заключение

Популярность аддитивных технологий неуклонно растет. Хотя суммарный объем мирового рынка относительно невелик (порядка 6 млрд долларов), ежегодные темпы роста не могут не впечатлять – в среднем 20-30%. Впрочем единогласия в оценке роли аддитивных технологий в промышленности все еще нет: одни говорят, что внедрение методов 3D-печати приведет к закату промышленности в традиционном смысле, другие – что трехмерные принтеры станут лишь одним из элементов производственных схем. Но несмотря на все существующие разногласия, большие перспективы аддитивных технологий в промышленности невозможно отрицать.

Непосредственное выращивание изделий со сложной геометрией и из специфических материалов оказывается весьма выгодным с экономической точки зрения. Оно позволяет экономить материал, время, снижает риск ошибок. 3D-принтеры перестали быть «дорогой игрушкой», сегодня они занимают полноправное место среди ключевых технологий Индустрии 4.0.


Оригинал этого материала: Аддитивные технологии: возможности и перспективы 3D-печати. «Управление производством. Цифровое производство», апрель 2017. Публикуется в сокращении.


New call-to-action

3D-печать передает тончайшие эмоции персонажей кукольного мультфильма
iQB Technologies на российской ювелирной выставке №1

Об авторе

Ольга Горобец
Ольга Горобец

Маркетолог и координатор отраслевых проектов в iQB Technologies. В составе креативной команды специалистов по продвижению 3D-решений Ольга создает и реализует интересные мероприятия, посвященные усовершенствованию технологических процессов на российских предприятиях с помощью 3D-технологий. А еще она является членом международного клуба ораторского искусства на английском языке Toastmasters, увлекается современной зарубежной литературой и путешествует по миру при любой удобной возможности. Ольга уверена, что у 3D-решений большое будущее, а значит, мы идем в верном направлении и помогаем делать мир немного лучше.

Читайте также
3D-печать металлом вакуумного захвата: на 94% легче, в 2 раза дешевле
3D-печать металлом вакуумного захвата: на 94% легче, в 2 раза дешевле
Как работает центр аддитивных технологий в «ОДК-Сатурн»
Как работает центр аддитивных технологий в «ОДК-Сатурн»
3D-сканер HandySCAN BLACK сокращает время подготовки производства на 35%
3D-сканер HandySCAN BLACK сокращает время подготовки производства на 35%

Оставьте комментарий