9 шагов к созданию аддитивного центра на предприятии +9




В 2018 году на территории предприятия ОДК ? Московского машиностроительного предприятия им. В.В. Чернышева началось создание высокотехнологичного Центра аддитивных технологий / Фото: rostec.ru


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.

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](https://blog.iqb-tech.ru/3d-printing-technologies), 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](https://blog.iqb-tech.ru/slm-asco-case), 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.



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.



Теперь вы можете выбрать технологию 3D-печати применительно к производственным задачам (возможно, вам потребуется несколько аддитивных установок, работающих по разным технологиям):


  • 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.



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.).


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.


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.


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.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (0):