Распечатать

Детали & Материалы

Аддитивные технологии в промышленности. Новые примеры использования.

27.09.2017

Сегодня все чаще компании ищут нетрадиционные варианты создания продукции с использованием технологий 3D-печати. На днях подобный центр был открыт концерном «Данфосс» в Дании. Эксперты считают, что новые технологии позволят на треть сократить время выхода изделий. Какие промышленные задачи можно решать с помощью  аддитивных технологий (AT) – с этого вопроса началась наша беседа с начальником отдела перспективных технологий и развития ФГУП «НАМИ» Кириллом Казмирчуком.

Технологии послойного синтеза повсеместно применяются при разработке новых изделий. Уже стало традицией использовать их при изготовлении прототипов, теперь все чаще они становятся технологиями промышленного производства. Большинство аддитивных технологий уже используют функциональные материалы, и с помощью этих технологий производится конечный продукт. Современные АМ-материалы по характеристикам приблизились к промышленным аналогам, и развитие продолжается. Применение аддитивных материалов и технологий становится все шире.

Не стоит забывать, что бóльшая часть затрат на подготовку производства – это разработка и изготовление оснастки. Чтобы снизить эти затраты, компании – немецкий Volkswagen и японская Ricoh – используют оснастку, изготовленную методом послойного синтеза. Такая оснастка изготавливается значительно быстрее металлической, она легче и позволяет лучше реализовать принцип нулевой ошибки (Poka-yoke). Это снижает вероятность ошибок сборки, утомляемость сотрудников и ускоряет процесс работы, в итоге снижаются производственные затраты. У Volkswagen, например, экономия составила порядка 150 000 евро.

Аддитивная технология позволяет снизить стоимость оснастки для сборки VW Sharan со 180 до 35 евро, а сроки изготовления с 8 до 6 дней

КМ: Давайте внесем ясность в терминологию. В первых статьях КМ о том, что сегодня называется 3D-печатью активно использовался термин прототипирование, затем пришло время аддитивных технологий, сегодня все чаще в разговорах фигурирует словосочетание 3D-печать. Как говорить правильно?

3D-печать – изначально разговорное, теперь общеупотребительное название целого спектра разнообразных методов послойного синтеза. Оно дает общее представление о методе изготовления. Поначалу аддитивные технологии позволяли создавать лишь прототипы, однако и это стало тогда прорывом в индустрии. Сегодня уровень технологий вырос, и от прототипов переходят к созданию заготовок и конечных изделий.

Разделение терминологии необходимо проводить по функциональному назначению изделий. Если мы говорим об изготовлении прототипов и макетов, сохраняется прежнее название – быстрое прототипирование (от англ. Rapid Prototiping), однако, если речь идет о заготовках, изделиях или сборках (полимерных или металлических), – правильно называть это аддитивное производство (Additive Manufacturing в англоязычной терминологии). Жаргонные выражения «3D-принтинг» и «аддитивка» в профессиональной среде неприменимы.

КМ: Какие технологии послойного синтеза обратили на себя внимание в последнее время?

Целый ряд компаний и стартапов принялись за создание нового класса оборудования для струйной и экструзионной 3D-печати металлосодержащими составами с последующим удалением связующего. В основе этих методов лежит использование металлопорошковых композиций в комплексе со связующим. Работать с порошками становится проще, а связующее удаляется после создания модели.

Керамические детали

В конце 2016 года была представлена установка Xjet (технология Binder Jetting), позже увидели свет стартапы Markforged и Desktop Metal. Следует отметить и российские успехи: компания 3DSLA.ru ведет разработку как SLA-машин и материалов, так и SLM-оборудования.

Большой интерес вызвала установка, показанная на выставке «Металлообработка-2017» еще одной отечественной компанией – ООО «Аддитивные технологии». Машина АТ300 для синтеза литейных песчано-полимерных форм и стержней прямо в ходе выставки изготавливала стержни сложной формы, используя управляемый ХТС-процесс.

Изготовление литейных песчано-полимерных стрежней

Литье традиционно имеет широкое применение в машиностроении, а подобные технологии позволяют существенно автоматизировать этот процесс для применения в эффективном производстве.

КМ: Как вы оцениваете промышленные перспективы прямого лазерного выращивания (ПЛВ)?

Крупные игроки рынка оказывают огромное влияние и стимулируют целые отрасли, их интерес – дополнительное подтверждение эффективности использования ПЛВ. Так, компания General Electric проявила типичную для себя активность и приобрела двух производителей AM-оборудования – Arcam и Concept Laser для использования в первую очередь в собственном производстве по направлениям «Авиация» и «Нефтегаз». Такие действия говорят не только о перспективности технологии, но и о доказанной эффективности и минимальных рисках.

Производитель космической техники Space X, активно расширяет зону комфорта человечества в космосе. Очень существенную роль в этом будет играть использование аддитивного производства. По планам компании, строительство зданий на Марсе будет осуществляться с использованием аддитивных технологий. В криогенном метановом двигателе Raptor, который проходил испытания в прошлом году, более 40% деталей (по массе) были созданы с использованием технологии прямого лазерного выращивания. Для тяжелой ракеты Falcon Heavy также будет использован этот метод изготовления деталей.

КМ: Разработчики ПЛВ-технологии говорят, что она становится конкурентоспособной при стоимости готового изделия от 10 тысяч рублей за кг. А какие экономические рамки у других аддитивных технологий?

Расчет стоимости за килограмм применим по большей части к металлическим изделиям, если мы говорим о замене серийной технологии, такой как традиционное литье. При оценке эффективности всех аддитивных технологий необходимо учитывать сложность и стоимость серийной оснастки, сроки изготовления и серийность.

Чем выше стоимость оснастки в расчете на единицу продукции – тем более пристально необходимо расценивать АТ как серийные. Для множества изделий использование аддитивного производства является экономически более оправданным.

КМ: В сообщениях об аддитивных технологиях часто используются глаголы будущего времени, а каковы сегодняшние показатели использования AT в промышленности?

Сегодня АТ активно используются в промышленности. Это не технологии будущего применения, они эффективны уже сейчас. Это доказывает быстрый рост рынка аддитивных технологий – примерно на четверть ежегодно. Что же касается будущего – технологии послойного синтеза еще далеко не исчерпали свой потенциал. Следующий виток развития будет направлен в сторону большей автоматизации в рамках «Индустрии 4.0».

Отличный драйвер развития – авиация. Небольшая серийность и высокая наукоемкость изделий позволяют заменить в отрасли традиционные технологии аддитивными. Недавно перешла на полностью «напечатанные» изделия в самолете A350 компания Airbus – и это функциональные изделия, которые уже прошли сертификацию.

Кронштейны самолета Airbus A350, материал Ultem, технология FDM

Следует отметить и интерес сферы строительства. Китайские компании активно работают в этом направлении, существует строительная фирма, способная изготовить дом методом послойного синтеза. Инженерные службы армии США уже проводят испытания «напечатанной» казармы.

КМ: Действительно, авиакосмос, а также энергетику и кораблестроение можно отнести к стратегическим направлениям развития аддитивных технологий, а есть ли реальные или потенциальные клиенты среди средних или малых рыночных компаний?

Передовые технологии, в том числе и аддитивные, наиболее востребованы в наукоемких отраслях, поэтому и развитие в этих направлениях идет более бурно. Наработки, полученные в сложных проектах, впоследствии успешно экстраполируются и на общегражданское применение. АТ применяют как для задач прототипирования, так и для изготовления множества изделий стартапов, а примеров применения в крупных компаниях колоссальное количество.

Готовясь к сезону отпусков, многие могли встретить в магазинах солнцезащитные очки от ic! berlin, оправа которых изготовлена из полимерного порошка с использованием аддитивных технологий. Их создатель пропустил целый этап производства и, как следствие, кардинально сократил срок выпуска изделия, а также смог реализовать уникальный дизайн, который невозможно исполнить традиционными промышленными методами.

КМ: Участники «круглого стола» на промышленном форуме в Екатеринбурге летом этого года довольно пессимистично оценивали российский рынок AT. Каково ваше мнение? Кто и какие технологии 3D-печати использует сегодня в России, для решения каких задач?

Обратила на себя внимание не столько негативная оценка, сколько отсутствие реакции аудитории на доклады. Полагаю, что эта тематика непрофильна пока для «Иннопрома», и аддитивное на правление на выставке стоит развивать. И тут предстоит приложить существенные усилия, а помочь должны компетенции и потенциал уральских университетов, таких как УрФУ.

Что же касается аддитивных технологий, уже интегрированных в российские производственные цепочки, – в большинстве своем это работа с полимерными материалами FDM, SLS, SLA, SLA, плюс литье полимеров. Это полностью соответствует мировым тенденциям на рынке услуг.

Небольшую долю пока занимают технологии по работе с металлами – на основе метода Powder Bed Deposition – они наиболее освоенные. Наплавка же металла требует специфической геометрии деталей и на данный момент распространена незначительно.

По данным, опубликованным в Wohler Reports, распределение услуг 3D-печати по материалам выглядит так: 51% приходится на полимеры, 29,2% –на металл и полимер, 19,8% – на металлы.

КМ: Каковы ближайшие перспективы российского рынка AT?

Отечественные компании-потребители показывают рост заинтересованности в аддитивных технологиях, даже несмотря на санкции и опасения, ведь эффективность технологий уже подтверждена мировым опытом. Процессы на российском рынке поставок свидетельствуют о некотором взрослении, уже появляются мастер-поставщики, которые вселяют уверенность в качестве услуг для потребителя, а также систематизируют деятельность поставщиков.

Появление серьезных российских производителей оборудования и материалов – это признак накопления необходимого уровня компетенций в аддитивном производстве, однако о выходе на мировой рынок промышленного оборудования говорить еще рано. Компании должны сначала закрепиться на отечественных предприятиях и показать результат здесь.

КМ: Одним из перспективных направлений использования 3D-печати может стать мобильная и авиационная гидравлика. Некоторые компании уже делают попытки создания гидроблоков с помощью технологии DMP, удается чуть ли не вдвое снизить вес, есть и минусы, в их числе, стоимость и необходимость постобработки детали. Когда можно ожидать внедрения подобных методов в гидроиндустрию?

Гидравлический блок из металла, изготовленный на установке 3D-печати EOS M290 в TechCenter Additive Manufacturing компании Thyssenkrupp

Часто АТ применяют как средство снижения массы изделий. Так, гидравлические блоки часто изготавливают из достаточно массивной заготовки, что дает существенный «перевес» для изделия в целом. Аддитивное производство позволяет использовать материал более разумно: сколько необходимо и где необходимо. Так появляются более легкие конструкции, сохраняющие прежние функции. Однако к гидравлическим изделиям часто предъявляют повышенные требования по качеству. Высокое давление требует высокой плотности изделий. Контролировать такие изделия можно и нужно с помощью неразрушающего контроля, в том числе компьютерной томографии. Этот метод позволяет получить полную картину о размере, количестве и распределении дефектов в изделии. При должном контроле и обеспечении качества – гидроиндустрия имеет хорошие перспективы для применения АТ.

TechCenter Additive Manufacturing компании Thyssenkrupp

Детали & Материалы 09.10.2017 Аддитивные технологии (АТ) перерастают сегодня из стадии перспективных разработок в разряд промышленного оборудования. И крайне важно формирование эффективных инструментов контроля, способных сообщить о качестве и характеристиках изделий.
Детали & Материалы 27.09.2017 Какие промышленные задачи можно решать с помощью аддитивных технологий? Ответ на этот и другие вопросы о применении 3D-печати в индустрии читайте в интервью с ведущим экспертом отрасли Кириллом Казмирчуком.
Электропривод 26.09.2017 Немецкие ученые разработали инновационный производственный процесс для изготовления электродвигателей. Компоненты двигателей изготавливаются из различных материалов за одну операцию с помощью аддитивных технологий.
Мнение 26.09.2017 Отставание России в сфере машиностроения может быть ликвидировано с помощью развития совместных производств и заимствований инноваций. Основу стратегии импортозамещения должны составить собственные инновационные разработки.
Электропривод 14.09.2017 Немецкий бизнес в России почти единогласно выступил против нового закона США о санкциях – таковы результаты опроса Российско-Германской внешнеторговой палаты (ВТП), в котором приняли участие 193 немецкие компании, работающие в России.
Мнение 08.09.2017 «Мессе Франкфурт» усиливает собственный пакет технологических выставок с покупкой «Росмолд» – международной выставки дизайна и проектирования изделий, производства и эксплуатации форм, пресс-форм, штампов, 3D-оборудования и технологий.