9 шагов к созданию аддитивного центра на предприятии

creating-AM-center-pv-new
Семен Попадюк
creating-AM-center-pv-new

1. Определяем отрасли и типы предприятий, где аддитивные технологии будут незаменимы
2. Как понять, нужны ли вообще 3D-технологии моему предприятию?
3. Подбираем технологию 3D-печати под определенные задачи
4. Вам также понадобится 3D-сканирование
5. Планируем бюджет 
6. Проверяем, как работают 3D-технологии, прежде чем приобретать оборудование 
7. Дополнительное оборудование
8. Особые требования к эксплуатации 3D-принтеров
9. Готовим специалистов центра аддитивных технологий
Заключение

Ваше производственное предприятие, лаборатория, конструкторское бюро или НИИ уже получило общее представление о возможностях аддитивных технологий и рассматривает вопрос их внедрения? В этой статье мы расскажем, какие факторы следует принять во внимание при организации центра аддитивных технологий в компании, с чего начать, какие технологии выбрать исходя из конкретных задач, как подобрать и обучить специалистов.

Прежде всего:

1. Определяем отрасли и типы предприятий, где аддитивные технологии будут незаменимы

Самые перспективные отрасли для внедрения 3D-печати – те, где в приоритете оптимизация или создание новых типов изделий: авиационно-космическая, атомная и нефтегазовая промышленность, машиностроение, энергетика, судостроение, а также автомобилестроение, архитектура, медицина. На производствах с литьем и металлообработкой 3D-принтеры станут эффективным решением при создании литейных моделей, прототипов и оснастки.

Трехмерное сканирование и моделирование найдут применение везде, где выполняются контроль качества и обратное проектирование (см. раздел 4).

3D-технологии востребованы в следующих организациях:

  • конструкторские и опытно-экспериментальные бюро при предприятиях, разрабатывающие новые виды продукции;
  • технологические центры с опытным производством;
  • научно-исследовательские институты и центры;
  • университеты, напрямую работающие с производственными компаниями.

 Получить консультацию 3D-экспертов 

2. Как понять, нужны ли вообще 3D-технологии моему предприятию?

Да, инновации имеет смысл применять там, где они приносят выгоду. Перед тем, как принимать решение, важно учесть:

  1. Нет универсальной аддитивной технологии, которая бы могла с максимальной эффективностью решить все производственные задачи.
  2. У каждой 3D-технологии есть преимущества и недостатки.
  3. При выборе 3D-принтера и/или 3D-сканера нужно исходить из поставленных задач.

3D-печать на сегодня не претендует заменить традиционные методы. Аддитивное производство интегрируется в существующий производственный процесс и предлагает решения, зачастую недоступные традиционным технологиям, с целью сократить производственный цикл и, как следствие, значительно сэкономить время и издержки.

Основной момент, который следует принять во внимание: 3D-печать подходит только для опытного, экспериментального или мелкосерийного производства. Она потребуется вашему предприятию, если поставлены следующие цели:

  • разработка и производство нового продукта с уникальными свойствами;
  • НИОКР;
  • прототипирование, тестирование, отработка технологических решений;
  • оптимизация/модернизация изделий, возможная только средствами аддитивных технологий (сложная геометрия, снижение веса, тонкие стенки, внутренние каналы и т.п.).

Отдельным ограничением может стать размер камеры построения 3D-принтера (это зависит и от технологии, и от производителя).

Если традиционные методы обеспечивают желаемую производительность, если не требуется разрабатывать новую продукцию, оптимизировать их конструкцию и улучшать характеристики изделий, – организовывать аддитивный центр нецелесообразно.

3D печать металлом в Самарском университете
На базе Самарского университета создан центр гибридных аддитивных технологий, где применяется технология селективного лазерного сплавления с последующей механической, электрохимической и термической обработкой / Фото: sgpress.ru

3. Подбираем технологию 3D-печати под определенные задачи

Выбор аддитивной технологии всецело зависит от того, что вы хотите получить на выходе. Вам потребуется учесть следующие параметры: размер изделия, точность печати, прочность и долговечность продукта, назначение (прототип, демонстрационная модель или готовое изделие).

Рассмотрим основные аддитивные технологии и используемые материалы, их основные преимущества и недостатки.

Технология Расходные материалы +

SLA (лазерная стереолитография)

Фотополимеры

Самая высокая прочность моделей;

один из лучших показателей точности;

идеальное качество поверхности изделий;

возможность построения моделей сложной формы и структуры;

быстродействие 3D-принтеров;

большой объем рабочей камеры (до 2,4 м);

выращенный из пластика прототип можно использовать как готовое изделие.

Крупные первоначальные инвестиции;

особые требования к помещению и условиям эксплуатации;

необходимость в обучении технического специалиста.

SLM (селективное лазерное плавление)

Металл

Печать конечных изделий;

высокая точность, плотность и повторяемость изделий;

возможность печати уникальных сложнопрофильных объектов, в том числе мельчайших деталей и изделий с внутренними полостями (размер до 500 мм);

уменьшение массы изделий;

экономия материала (отходы составляют 0,5%);

сокращение цикла НИОКР;

 требуется минимальная механическая обработка, нет необходимости использовать дорогостоящую оснастку.

Самая дорогостоящая аддитивная технология;

особые требования к помещению и условиям эксплуатации;

сложность в интеграции 3D-решений в традиционные технологические процессы;

необходимость в обучении технического специалиста. 

 

SLS (селективное лазерное спекание)

Полистирол, полиамид, нейлон и др. пластики, керамика, стекло, композитные материалы, песчаные составы

Отличные механические характеристики напечатанных моделей (полиамид – один из самых прочных пластиков);

большое разнообразие материалов;

высокая скорость печати;

возможность создавать изделия сложнейших форм и фактур;

большой размер камеры построения (до 1 м);

печать как прототипов, так и конечных изделий для узлов и элементов.

 

Высокая стоимость оборудования и материалов;

необходимость обработки шероховатых или пористых поверхностей напечатанных на 3D-принтере изделий;

особые требования к помещению и условиям эксплуатации.

FDM (метод послойного наплавления материала)

Термопластики

Самая доступная технология 3D-печати;

высокая скорость построения;

возможность печатать крупные объекты (до 2 м).

Наибольшая шероховатость поверхности (качество зависит от диаметра сопла и от расходных материалов);

риск растекания пластика;

повышенная чувствительность к перепадам температур.

MJP/MJM (многоструйная 3D-печать)

Воск

Высокая скорость печати;

максимальная детализация и точность построения (до 14 микрон);

простота эксплуатации аддитивных установок;

возможность непрерывной работы.

Преимущественно функциональное прототипирование;

дорогостоящий расходный материал;

модели уязвимы к солнечному свету.

 

MJP/MJM (многоструйная 3D-печать)

Фотополимеры

 

Высокая скорость печати;

многообразие модельных материалов с различными свойствами;

превосходные физико-механические свойства готовых моделей и прототипов;

простота эксплуатации аддитивных установок.

Преимущественно функциональное прототипирование;

модели уязвимы к солнечному свету.

 

Таблица ниже поможет выбрать технологию 3D-печати применительно к производственным задачам. Возможно, вам потребуется несколько аддитивных установок, работающих по разным технологиям.   

Задача Технология
Функциональное прототипирование и тестирование SLA, SLS, MJP, FDM
Макетирование, изготовление демонстрационных образцов SLA, SLS, FDM
Проверка эргономики, проверка изделий на собираемость SLA, MJP / фотополимер
Изготовление конечных изделий из пластика  SLA, SLS, FDM
 Изготовление готовых металлических деталей агрегатов и узлов и сложных конструкций (в том числе когда стоит задача оптимизации изделия – снижение веса, объединение детали из нескольких элементов в цельнометаллическую и т.д.) SLM
 Создание мастер-моделей для литья по выплавляемым моделям, форм для технологической оснастки SLS, MJP / воск
Создание мастер-моделей для литья по выжигаемым моделям SLA, MJP / фотополимер
Быстрое изготовление оснастки SLA, FDM
Проведение экспериментов SLA, MJP / фотополимер

 

4. Вам также понадобится 3D-сканирование

3D-сканер и программное обеспечение для обработки полученных данных – необходимые инструменты для современного предприятия. 3D-сканирование может использоваться на любом этапе управления жизненным циклом продукта, позволяет сократить время и расходы на этапе разработки и ускорить выпуск продукта на рынок.

3D сканер Creaform на Тихвинском вагоностроительном заводе
Разметчик модельного цеха Тихвинского вагоностроительного завода Даниил Жидков создает трехмерную модель отливки при помощи 3D-сканера Creaform HandySCAN 3D. Этот портативный 3D-сканер позволяет создать модель детали, когда под рукой нет размеров и чертежей, что значительно облегчает работу конструкторов / Фото: tvsz.ru

С помощью 3D-сканера и специализированного ПО вы сможете гораздо эффективнее решать следующие задачи:

  • контроль геометрии изделий и оснастки, входной и выходной контроль;
  • реверс-инжиниринг для модернизации, ремонта, восстановления деталей;
  • получение CAD-модели.

Устройства 3D-сканирования обеспечивают точность в диапазоне 20-50 микрон на метр. Если такие параметры точности вас не устраивают, продолжайте использовать координатно-измерительные машины. Однако в плане скорости измерений, портативности и стоимости трехмерные сканеры оставляют КИМ далеко позади.

5. Планируем бюджет

Цены на аддитивные установки колеблются в диапазоне от полутора тысяч евро (FDM) до нескольких миллионов евро (SLM), на 3D-сканеры – от 20 до 130 тысяч евро.

Окончательная стоимость принтера зависит от выбранной конфигурации оборудования и многих других факторов, поэтому на начальном этапе организации аддитивного центра цифры назвать затруднительно. Кроме того, нужно принять во внимание сопутствующие расходы (материалы для 3D-печати, дополнительное оборудование, потребление электроэнергии и пр.). Обратитесь к экспертам iQB Technologies, которые разработают технико-коммерческое предложение по вашему проекту.

6. Проверяем, как работают 3D-технологии, прежде чем приобретать оборудование

Хотите предварительно проверить решение ваших задач? В центре быстрого прототипирования iQB Technologies вы можете заказать тестовые услуги 3D-печати воском, фотополимерами и гипсом, а также 3D-сканирования и 3D-моделирования. Возможен выезд специалистов с портативным 3D-сканером на предприятия по всей России.

Быстрое прототипирование

7. Дополнительное оборудование

В зависимости от типа аддитивной установки может потребоваться дополнительное оборудование. Например, для SLA-принтеров понадобится УФ-камера, где готовое изделие доотверждается. Самое сложное оборудование – металлические 3D-принтеры, для которых необходимы:

  1. муфельная печь для снятия остаточного напряжения металла;
  2. дреммель, ленточная пила или электроэрозионный станок для удаления поддержек;
  3. дробеструйная или пескоструйная камера для постобработки изделия и улучшения качества поверхности.

После подбора 3D-принтеров вместе с нашими экспертами вы сможете сориентироваться, какое дополнительное оборудование необходимо. 

8. Особые требования к эксплуатации 3D-принтеров

К помещениям и условиям эксплуатации могут предъявляться особые требования, к примеру, подвод нужного количества электроэнергии и кондиционирование. Самые строгие требования касаются установок 3D-печати металлами – необходимо соблюдать технику безопасности (обеспечивать герметичность при эксплуатации машины, работать в защитной спецодежде) в связи с опасностью металлических порошков, которые спекаются в среде инертного газа.

Приведем пример стандартных требований к металлическому 3D-принтеру:

  • напряжение 3 фазы 380 В, рабочий режим потребления 7 кВт, в пике до 12 кВт;
  • подвод инертного газа к машине (3-5 баллонов);
  • система кондиционирования в помещении (от 18 до 23°С), оптимально – в режиме осушения воздуха;
  • компрессор либо линия с подводом сжатого воздуха 4 атмосферы;
  • техническая вода для промывки фильтров и изделий.
Аддитивные технологии в производстве газотурбинных двигателей
Рыбинское предприятие «ОДК-Сатурн», входящее в Объединенную двигателестроительную корпорацию, активно применяет аддитивные технологии в процессе производства газотурбинных двигателей / Фото: rostec.ru

9. Готовим специалистов центра аддитивных технологий

Сотрудники аддитивной лаборатории – это конструктор и оператор 3D-принтера, их число зависит от состава оборудования и объема работ. Если для профессиональных установок 3D-печати достаточно одного оператора, то для промышленных (SLA, SLS, SLM) потребуется минимум двое обученных специалистов, поскольку стоимость простоя такого оборудования очень высока.

Оптимально, если оператор и конструктор будут разными людьми. Конструктор проектирует изделия для аддитивного производства в специализированном ПО и понимает, как применить соответствующие методы, а оператор – скорее технолог, он воплощает видение конструктора в готовое изделие. При этом оператор 3D-принтера должен быть творческой личностью, специалистом с высшим техническим образованием, который любит учиться и увлечен инновациями. Высокого качества печати можно добиться, грамотно подобрав настройки принтера. Это может быть достаточно сложной задачей: в SLM-машинах, например, 170 открытых параметров, которые можно менять в процессе построения.

В нашем учебном центре вы можете пройти обучение работе на промышленных 3D-принтерах за 3-4 дня. Также доступны программы обучения по 3D-сканированию и основным программным продуктам для обработки данных сканирования (Geomagic Control X / Design X / Wrap) и подготовки моделей к печати (Materialise Magics). Есть и расширенные комплексные программы длительностью до 12 дней.

Заключение

Надеемся, что эта статья поможет вам определиться с выбором 3D-технологий и предпринять дальнейшие шаги по созданию аддитивной лаборатории.

Мы выяснили, что 3D-печать подходит только для опытного, экспериментального или мелкосерийного производства преимущественно в высокотехнологичных отраслях. Аддитивные технологии позволят оптимизировать производственный процесс при разработке новых видов продукции или усовершенствования текущего ассортимента, создании прототипов и оснастки. 3D-сканирование дает возможность сократить время и расходы на этапе разработки при выполнении задач контроля качества и реверс-инжиниринга.

Эксперты компании iQB Technologies готовы оказать вам всестороннюю поддержку в реализации вашего проекта центра аддитивных технологий, начиная с консультаций и оказания тестовых 3D-услуг до поставки и обслуживания оборудования и обучения специалистов. Свяжитесь с нами прямо сейчас: +7 (495) 269-62-22, info@iqb.ru.

На фото в заголовке: высокотехнологичный центр аддитивных технологий создан на территории предприятия ОДК – Московского машиностроительного предприятия им. В. В. Чернышева. Организаторы центра – холдинги авиационного кластера госкорпорации «Ростех»: ОДК, «Вертолеты России», КРЭТ и «Технодинамика» / Фото: rostec.ru

 Аддитивное производство как бизнес

SLM-технология бьет рекорды: напечатан самый большой ракетный двигатель
Что мы покажем на выставке «Металлообработка 2019»

Об авторе

Семен Попадюк
Семен Попадюк

Главный редактор блога iQB Technologies, копирайтер, редактор и переводчик. Интересуется 3D-индустрией, новыми технологиями и всем, что с ними связано. В блоге знакомит профессионалов рынка с актуальной информацией о мире 3D – новостями, технологиями, продуктами, трендами, экспертными мнениями и историями внедрения. В свободное время изучает иностранные языки, путешествует, смотрит старое кино, любит играть в скрэббл и на гитаре.

Читайте также
«Умные пальмы», лопатки турбин и еще 6 лучших проектов 3D-печати в энергетике
«Умные пальмы», лопатки турбин и еще 6 лучших проектов 3D-печати в энергетике
Formnext 2019: давайте напечатаем будущее
Formnext 2019: давайте напечатаем будущее
Аддитивные технологии в медицине: как снизить риски для здоровья пациентов
Аддитивные технологии в медицине: как снизить риски для здоровья пациентов

Оставьте комментарий