9 шагов к созданию аддитивного центра на предприятии


    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.

    iQB Technologies
    166,00
    О 3D-технологиях в промышленности со знанием дела
    Поделиться публикацией

    Комментарии 0

    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

    Самое читаемое