Аддитивные технологии в ремонтном производстве
Аддитивные технологии, или Additive Manufacturing (далее по тексту — АМ-технологии) — обобщённое название технологий, предполагающих изготовление изделия по данным цифровой модели (или CAD-модели) методом послойного добавления материала [1]. Это принципиальное отличие от традиционных технологий производства, в основе которых лежит удаление вещества из заготовки. По оценкам ведущих экспертов, в аддитивных технологиях объединены все основные элементы, способствующие переходу промышленности к новому технологическому укладу — цифровому производству. Для выращивания литейных моделей Quick-Cast, т. е. моделей для «быстрого литья», применяется технология SLA (Steriolithography Apparatus) — лазерной стереолитографии. Quick-Cast-модели используют в технологических процессах аналогично применению восковых и полистирольных моделей. Но есть важный нюанс: модели Quick-Cast имеют сотовую структуру массива: внешние и внутренние поверхности выполняют сплошными, а само тело формируют в виде набора сот. Это, во‑первых, на 70 % снижает общую массу модели, а следовательно, меньше модельного материала нужно выжигать при подготовке формы к заливке металлом. Во‑вторых, в процессе выжигания любой модельный материал расширяется и оказывает давление на стенки формы, при этом форма с тонкостенными элементами может быть разрушена. Сотовая же структура позволяет модели при расширении «складываться» внутрь, не создавая внутренних напряжений и не деформируя стенки формы. Это важнейшее преимущество Quick-Cast-технологии. [1] Литература П.П. Серебреницкий, А.С. Тетенькин
Что касается ремонта, на сегодняшний день существуют следующие виды заводского ремонта:
— средний;
— капитальный (без проведения модернизации);
— капитальный с модернизацией;
— по техническому состоянию.
Исходя из определения, каждый вид ремонта направлен на восстановление исправного состояния и, в большей или меньшей степени, ресурса техники [2].
При проведении работ ремонтные предприятия сталкиваются с целым рядом проблем, часть которых можно решить путём внедрения в технологический процесс ремонта АМ-технологий.
Одной из главных проблем является восстановление изношенных поверхностей деталей и сборочных единиц (далее по тексту — деталей), ремонт которых существующими способами технологически невозможен. Проведённый сравнительный анализ технологических характеристик основных способов ремонта, таких как наплавка и газотермическое напыление [3], показывает, что АМ-технологии превосходят существующие способы ремонта. Кроме того, АМ-технологии позволяют наносить (восстанавливать) специальные покрытия на такие детали, как гильзы цилиндров, поршневые кольца, кулачковые валы, сёдла клапанов и др.
Второй, не менее важной проблемой является восстановление оригинальных деталей изделий, снятых с производства либо производящихся за пределами Российской Федерации после распада Советского Союза. В этом случае наиболее технологически сложным является процесс возобновления производства деталей, получаемых литьём. Возобновление литейного производства широкой номенклатуры деталей в единичном объёме для ремонтных предприятий невыгодно.
Возможным решением данной проблемы является применение АМ-технологий для получения литейных моделей из следующих материалов:
— порошковых полимеров для последующего литья по выжигаемым моделям;
— фотополимерных композиций, в частности по технологии Quick-Сast (рис. 1), для последующего литья по выжигаемым моделям или по технологии MJ (Multi Jet) для литья по выплавляемым моделям.
Рис. 1. Напечатанная выжигаемая модель детали «корпус» и отливка из алюминия (3D-принтер Voxeljet VX500, Германия).
Материал отливки АК7ч, материал модели: полиметилметакрилат.
Фото предоставлено ГК «Остек».
Применение АМ-технологий также возможно и для изготовления специализированной технологической оснастки. Довольно сложным и затратным является процесс технологической подготовки при постановке на ремонтное производство новых образцов техники. Требуется в кратчайшие сроки разработать и изготовить различную технологическую оснастку для разборки, сборки и испытаний сборочных единиц, а также для дефектации и ремонта деталей изделия. В этом случае применение АМ-технологий позволяет значительно сократить время на изготовление технологической оснастки и снизить её себестоимость.
Одним из перспективных направлений внедрения аддитивных технологий в ремонтное производство является комплексное применение АМ-технологий и 3D-сканирования. Так, при дефектации деталей с помощью 3D-сканера возможно было бы определить величину износа поверхности, а с помощью 3D-принтера восстановить изношенную поверхность с учётом неравномерности износа. К преимуществам данного способа ремонта можно отнести следующее:
— повышение точности измерения за счёт исключения человеческого фактора;
— возможность восстановления деталей сложной геометрической формы;
— точность нанесения слоя восстанавливающего материала в место износа с учётом геометрических особенностей поверхности и, как следствие, снижение расхода материала. В зависимости от сочетания параметров построения коэффициент использования материала может варьироваться от 0,2 до 0,9, т. е. от 20 до 90 %
материала, поступившего через сопловые отверстия системы подачи, фактически формируют деталь;
— снижение затрат на последующую обработку детали;
— возможность автоматизации технологического процесса ремонта.
В целом внедрение аддитивных технологий для ремонта обеспечивает: повышение коэффициента использования материалов и высокую точность размеров ремонтируемых деталей с уменьшением затрат на механическую обработку; ремонт деталей сложной формы; сокращение производственных издержек; повышение гибкости ремонтного производства; упрощение логистики и уменьшение объёмов складских запасов; позволяет не только решить ряд имеющихся проблем, но и создаёт предпосылки для дальнейшего развития ремонтного производства.
К сожалению, аддитивные технологии в России только начинают развиваться, и пока только в высокотехнологичных отраслях промышленности, поэтому говорить о скором их внедрении в ремонтное производство рано. Для ремонтных предприятий с финансовой точки зрения они пока остаются недоступными. Тем не менее, развивая концептуальные подходы применения сейчас, мы создаём фундамент для внедрения аддитивных технологий в будущем.
