Аддитивные технологии и 3D-сканирование в машиностроении: 7 историй успеха



    3D-технологии все чаще оказываются в центре внимания крупных российских промышленных выставок, что отражает готовность предприятий к внедрению инновационных 3D-решений в свои производственные цепочки. Так, на выставке «Металлообработка-2018» аддитивные технологии впервые были представлены на отдельной площадке; цифровое производство стало главной темой Международной промышленной выставки «Иннопром», которая прошла в июле 2018 в Екатеринбурге.

    Для машиностроения, как одной из ключевых отраслей российской экономики, исключительно важны разработки нового оборудования и применение передовых решений. 3D-технологии всецело отвечают этим потребностям. Совершенствуясь, они обеспечивают все большую эффективность, позволяя предприятиям сократить и упростить технологический процесс и оптимизировать расходы на производство.

    К примеру, создание прототипа на 3D-принтере займет не месяцы, как на традиционном производстве, а всего несколько часов. Значительно экономятся временные затраты на доработку конструкции и запуск продукта в серийное производство, и, соответственно, снижается стоимость всего проекта. Благодаря применению 3D-сканеров и программного обеспечения для реверс-инжиниринга и контроля геометрии затраты времени и средств сокращаются в среднем в 1,5 раза.

    Преимущества 3D-печати


    • Изготовление деталей с геометрией любой сложности, что оставляет далеко позади возможности традиционных методов.
    • Оптимизация таких параметров изделий, как точность и прочность, а также снижение массы за счет создания супертонких стенок, внутренних каналов и бионических структур.
    • Ускорение и снижение стоимости производственного процесса: нет необходимости использовать дорогостоящую оснастку, а в отдельных случаях – мехобработку.
    • Повышение рентабельности изготовления мелкосерийной и кастомизированной продукции.
    • Снижение рисков и ошибок проектирования, в том числе за счет возможности изменения конструкции на поздних этапах проектирования.
    • Управление физико-механическими свойствами продукта благодаря использованию высокотехнологичных материалов.

    Задачи, решаемые в машиностроении с помощью 3D-печати


    1. Функциональное тестирование и прототипирование.
    2. Изготовление технических прототипов для отработки конструкции изделий.
    3. Проведение технологических экспериментов.
    4. Проверка изделий на эргономичность.
    5. Создание мастер-моделей для литья, в том числе по выплавляемым и выжигаемым моделям.
    6. Быстрое изготовление оснастки.
    7. Производство формообразующих элементов пресс-форм для литья термопластов и легких материалов.
    8. Изготовление функциональных деталей для разнообразных агрегатов и узлов.
    9. Создание сложных конструкций, в том числе цельных, которые ранее собирались из многих элементов.

    Технологии 3D-печати для машиностроительных предприятий


    • Послойное наплавление (FDM).
    • Полноцветная струйная печать (CJP).
    • Многоструйная печать (MJP).
    • Лазерная стереолитография (SLA).
    • Селективное лазерное плавление (SLM).
    • Селективное лазерное спекание (SLS).

    Преимущества 3D-сканирования


    • Высокая скорость сканирующих устройств.
    • Точные измерения в реальных условиях эксплуатации.
    • Возможность интеграции в автоматизированные производственные системы.
    • Измерение любых объектов, независимо от размеров, сложности, материала или цвета.
    • Простота и удобство в работе.

    Задачи, решаемые при помощи 3D-сканеров и специализированного ПО


    1. Обратное проектирование (реверс-инжиниринг), получение готовых чертежей.
    2. Метрологический контроль изделий в процессе изготовления, анализ износа.
    3. Контроль геометрии, деформации и повреждений изделий.
    4. Контроль качества.
    5. Цифровая архивация.

    7 историй успеха


    Блок гидравлических клапанов



    Финальный CAD-файл блока клапанов, готовый к 3D-печати

    Конструкция нового блока гидравлических клапанов, разработанного компаниями VTT и Nurmi Cylinders, была оптимизирована c использованием технологии селективного лазерного плавления (SLM), позволившей значительно сэкономить вес, объем и материал. В результате было создано изделие, вес которого на 66% меньше исходной модели. Благодаря инновационному дизайну удалось оптимизировать поток жидкости по внутренним каналам и решить проблему утечки.

    Проект в деталях

    Смеситель жидкости с газом



    Схема цельнометаллического смесителя, созданного по SLM-технологии. Справа внизу: изначальная модель, состоящая из 12 элементов

    Центр быстрого прототипирования Jurec, использующий оборудование SLM Solutions, выполнил проект по усовершенствованию смесителя жидкости с газом. Изначально устройство собиралось из 12 частей, включая 3 крупных элемента – первое и второе фланцевые корпусные соединения и вставка смесителя. Селективное лазерное плавление дало возможность создать единый корпус, сократив количество деталей с 12 до одной. Отпадает необходимость использовать несколько металлов и фланцевых соединений: внутри цельнометаллического корпуса просто нарезается резьба, благодаря чему вес смесителя уменьшился с 1,3 кг до 50 г. В два раза сократилось время производства. И наконец, финансовые затраты на производство уменьшились на 73%.

    Больше практических примеров применения 3D-печати металлами

    Разветвитель гидроакустической антенны



    Слева: мастер-форма из двух частей, напечатанная на 3D-принтере. Справа: извлечение готовой детали из силиконовой формы

    ОАО «Концерн «Океанприбор» (Санкт-Петербург) производит системы связи для Военно-Морского Флота РФ, в том числе оборудование с большим количеством мелких элементов, например, разветвитель – один из основных компонентов новой гидроакустической антенны. Для быстрого прототипирования при изготовлении литьевых деталей концерн использует профессиональный 3D-принтер 3D Systems ProJet 660Pro, работающий по технологии CJP. На 3D-принтере выращивается литейная форма, которая затем заливается силиконом. В силиконовую форму можно заливать любой другой материал, в данном случае это полиуретан. В результате предприятие получает своего рода форму для форм – не просто прототип, а опытный образец, готовый к использованию. Реализация проекта с применением стандартных методов потребовала бы нескольких месяцев, но благодаря 3D-принтеру срок создания антенны удалось сократить до трех недель.

    Проект в деталях

    Компоненты газотурбинных двигателей



    Восковая модель, выращенная методом 3D-печати, и готовое изделие

    Американская компания Turbine Technologies, Ltd. разработала модификацию двигателей внутреннего сгорания, на которые устанавливаются турбины высокого давления. Компания приобрела принтер 3D Systems ProJet MJP 3600W для 3D-печати восковых моделей и получает готовую отливку в течение 3-4 дней. Восковые модели теперь изготавливаются непосредственно из 3D-моделей CAD, а литейный цех Turbine Technologies производит компоненты прототипов газотурбинных двигателей с большей точностью и меньшими расходами.

    Больше практических примеров использования 3D-печати в литье по выплавляемым моделям

    Компоненты и узлы для авиастроения



    3D-печать фотополимерами по технологии QuickCast позволяет сэкономить время и деньги, поскольку позволяет обойтись без дорогостоящей оснастки

    Компания Vaupell разрабатывает производственные решения для литейных предприятий, которые выполняют заказы аэрокосмической и оборонной отрасли. Благодаря стереолитографическому 3D-принтеру 3D Systems ProX 800 компания смогла радикально повысить эффективность производства. В принтере предусмотрен специальный режим печати фотополимером – QuickCast, при котором воспроизводится тонкостенная внешняя оболочка детали, а пустоты внутри детали заполняются ячеистой структурой. QuickCast-модели заменяют традиционные литейные модели и не требуют дорогостоящей оснастки. Таким образом, компания снизила затраты на литейные модели на 95%.

    Смотрите видео

    Контроль геометрии корпуса насоса



    Карта отклонений геометрии футеровки

    Компания iQB Technologies выполнила проект, включавший 3D-сканирование корпуса насоса после мехобработки и отдельное 3D-сканирование корпуса с футеровкой для контроля толщины покрытия. На первом этапе изделие было оцифровано ручным 3D-сканером Creaform HandySCAN 700, а затем была получена высокополигональная 3D-модель корпуса насоса. Затем специалисты произвели контроль отклонений геометрии в ПО Geomagic Control X. Выявленные отклонения в поверхности покрытия создают дополнительное давление на корпус, следовательно, уменьшают срок его эксплуатации. Проект осуществлен всего за 4 часа.

    Больше практических примеров контроля качества с помощью 3D-сканера

    Реверс-инжиниринг рабочего колеса гидротурбины



    3D-сканирование колеса гидротурбины для последующего обратного проектирования

    Компания Dependable Industries (производитель литейных моделей и инструментов из Ванкувера) обратилась к предпринимателю Мэтью Персивалю из 3D Rev Eng для помощи в обратном проектировании отливки рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины. Программа для реверс-инжиниринга Geomagic Design X позволяет в течение нескольких часов создавать такие модели со сложными формами, для изготовления которых при помощи традиционных технологий потребовалось бы несколько недель. Благодаря Geomagic Design X время на реверс-инжиниринг было сокращено на 50%, и на 48% уменьшены производственные затраты.

    Проект в деталях

    Заключение


    У 3D-технологий есть и сдерживающие факторы. Это и высокая стоимость оборудования и материалов, и недостаточная изученность, и нехватка специалистов, и сложности с интеграцией в традиционные технологические цепочки. Аддитивные методы на сегодня не могут вытеснить или заменить классические технологии, но они доказывают экономическую выгоду при прототипировании и мелкосерийном производстве и становятся единственно возможным решением при изготовлении сложных деталей небольшого размера. В конечном итоге, применение технологий трехмерной печати, сканирования и моделирования позволяет быстрее выводить новые продукты на рынок, а значит, повышает конкурентоспособность машиностроительных предприятий.
    iQB Technologies
    152,00
    О 3D-технологиях в промышленности со знанием дела
    Поделиться публикацией

    Комментарии 3

      0
      Мне было интересно прочитать вашу статью. Спасибо.
      Но есть несколько вопросов:
      1. Блок гидравлических клапанов
      Некорректное название рисунка. На фото не CAD-файл, а скрин 3D-модели.
      Не смог найти фото первичной модели относительно которой вы приводите экономический эффект от 3д-печати. Можете показать?
      2. Смеситель жидкости с газом
      Отпадает необходимость использовать несколько металлов и фланцевых соединений: внутри цельнометаллического корпуса просто нарезается резьба, благодаря чему вес смесителя уменьшился с 1,3 кг до 50 г.

      Непонятно почему в изначальной сборной модели нельзя было отказаться от крайних массивных фланцев и тоже нарезать резьбу. Похоже, что это решение с резьбой вместо фланцев — это не заслуга аддитивных технологий, а просто оптимизация технического решения по присоединению ответных частей трубопроводов.
      (По преимуществам замены внутрянки — нет вопросов)
      3.Разветвитель гидроакустической антенны
      Я понимаю, что необходимо и отечественные успехи добавлять к статье, но это вызывает улыбку:
      разветвитель – один из основных компонентов новой гидроакустической антенны

      Рядом фото напечатанных пластиковых трубочек. Конечно, основной компонент :)
      4. По оставшимся кейсам не могли бы вы ответить для чего именно применяются напечатанные восковые и пластиковые модели?

      P.S. не хочу вас обидеть, но ваш сайт, который не дает скачать даже брошюру без заполнения полей имени и емэйла, вызывает оторопь. И даже после заполнения скачать брошюру нельзя — она высылается на почту. Причем на кнопке гордо написано «Скачать бесплатно». Мерзотно.
        0
        Добрый день! Отвечаем на Ваши вопросы.
        Некорректное название рисунка. На фото не CAD-файл, а скрин 3D-модели.

        — Это именно финальный CAD-файл, подготовленный к печати.
        Не смог найти фото первичной модели относительно которой вы приводите экономический эффект от 3д-печати. Можете показать?

        — К сожалению, производитель не предоставил такого фото. В статье по ссылке (http://blog.iqb-tech.ru/slm-vtt-case) показан уже результат топологической оптимизации.
        Непонятно почему в изначальной сборной модели нельзя было отказаться от крайних массивных фланцев и тоже нарезать резьбу. Похоже, что это решение с резьбой вместо фланцев — это не заслуга аддитивных технологий, а просто оптимизация технического решения по присоединению ответных частей трубопроводов.

        — В любом случае, основная заслуга АТ — замена 12 компонентов одним цельнометаллическим изделием и снижение веса.
        По оставшимся кейсам не могли бы вы ответить для чего именно применяются напечатанные восковые и пластиковые модели?

        — Во всех случаях — для последующего литья по выплавляемым или выжигаемым моделям. Кейсы подробно описываются в статьях/видео по ссылкам.
        И даже после заполнения скачать брошюру нельзя — она высылается на почту. Причем на кнопке гордо написано «Скачать бесплатно».

        — Сожалеем, что получение брошюры показалось Вам неудобным. Это вызвано необходимостью борьбы со спамом.
        0
        Это именно финальный CAD-файл, подготовленный к печати.

        Простите за занудство, но CAD-файл содержит исчерпывающую информацию о геометрии трехмерной модели, и имеет определенный формат (STEP, IGS, STL etc). А вы картинку выложили. Поэтому, это — рисунок модели финального CAD-файла, подготовленного к печати.

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

        Самое читаемое