Технология аддитивного производства (AП) привнесла инновации в различные области производства и особенно подходит для автоматизации процессов, которые традиционно требовали кропотливого и интенсивного ручного труда. В частности, операторы нашли способы интегрировать широкоформатное аддитивное производство (Large Format Additive Manufacturing) с использованием FGF-технологии (печать гранулами термопласта), чтобы заменить не один, а несколько этапов процесса изготовления деталей.
Например, компания Rapid Prototyping (Будапешт, Венгрия), более 20 лет занимающаяся изготовлением крупногабаритных прототипных конструкций, успешно использует LFAM для производства различных деталей и оснастки, демонстрируя универсальность и эффективность технологии в современном производстве.
В течение многих лет компания Rapid Prototyping, принадлежащая Foarboc Ltd., изготавливала формы из пенополиуретана с ЧПУ и армированного стекловолокном пластика ручной укладки (GFRP). В 2020 году компания стала одним из первых клиентов, приобретших автономный экструдер для производства гранул у поставщика CEAD.
Роботизированный экструдер E25 был интегрирован с портальным станком с ЧПУ Big Blue, с рабочей зоной 4850 × 2635 × 1460 мм.
Благодаря тому, что станок с ЧПУ был преобразован в широкоформатный 3D-принтер, компания Rapid Prototyping приступила к изготовлению форм и прототипов с использованием 30% полипропилена, армированного коротким стекловолокном, для различных применений в яхтенной и морской промышленности, изготовлении грузовых автомобилей на заказ и других смежных отраслях.
По словам Дьердя Юхаса, владельца компаний Rapid Prototyping и Foarboc Ltd., это изменение в материалах и технологическом процессе сократило рабочее время компании до 50% при одновременном значительном сокращении общего времени выполнения заказа.
Практический пример: Быстрое и экологичное производство мастер-моделей для лодок
Компания Rapid Prototyping внедрила 3D-печать в свой производственный процесс для изготовления мастер-модели, которые используются для изготовления стеклопластиковых форм для корпусов лодок.
Ранее компания изготавливала мастер-модели путем фрезерования пеноблоков нужной формы. Закупка этих блоков осуществлялась у внешнего поставщика, что часто приводило к задержкам с получением предложений от клиентов. Ожидание ценовых предложений и потенциальная нехватка запасов на уровне поставщиков приводили к сроку поставки более 2 недель. Иногда команде приходилось изготавливать блоки большего размера из тех, что они получали, прежде чем приступить к фрезерованию, поскольку у поставщика не хватало необходимого размера.
После приобретения экструдера CEAD компания начала искать способы использования для сокращения сроков выполнения заказов и проблем с поставками материалов для производства мастер-модели для лодок.
Первое, непосредственное преимущество заключается в том, что вместо того, чтобы ждать поставки пеноблоков от внешнего поставщика, система быстрого прототипирования теперь позволяет хранить запас гранулированного материала и начать производство в любое время. Юхас говорит, что мир осознал, что цепочки поставок чрезвычайно подвержены глобальным сбоям, что подчеркивает необходимость в устойчивых стратегиях и адаптируемых структурах. В этом случае быстрое прототипирование позволяет локализовать производство за счет использования LFAM для производства по требованию, не полагаясь на большие запасы.
По словам Юхаса, внедрение 3D-печати также позволило компании перейти от использования пенополиуретана к более прочному термопластичному материалу.
“Пена сильно зависит от холодной и теплой погоды, расширяясь и сжимаясь при разных обстоятельствах”, – объясняет он.
“Это приводит к большему количеству неточностей при использовании пенопластовой мастер-модели для создания формы из стеклопластика, которые трудно компенсировать, и требуется больше слоев стекловолокна, чтобы эти неточности не повлияли на конечную деталь”.
По его словам, использование мастер-моделей, напечатанных на 3D-принтере, позволяет улучшить качество конечного продукта, при этом требуется меньше слоев стекловолокна и краски по сравнению с традиционными мастер-моделями из пенопласта.
Компания также оптимизировала технологический процесс производства. Каждая мастер-модель печатается по нескольку штук на машине Big Blue с экструдером CEAD.
“Мы обрабатываем базовую линию и опорные точки, прежде чем перенести ее на другой станок с ЧПУ для окончательной обработки, в то время как Big Blue приступает к новой печати”. объясняет Юхас.
Он отмечает, что в Rapid Prototyping есть 5 станков с ЧПУ для финишной обработки, которые могут работать одновременно, а это означает, что печать небольших деталей, которые можно обрабатывать одновременно с печатью следующего изделия, является наиболее эффективным способом использования оборудования компании.
Кроме того, блоки, напечатанные на 3D-принтере, легче и проще в обращении, чем блоки из древесноволокнистых плит средней плотности (МДФ), которые используются в некоторых областях применения, что в итогу ускоряет всю сборку.
После того, как все детали напечатаны и отфрезерованы, их соединяют с помощью клея и небольших пластиковых вставок. Когда мастер-модель готова, из нее вручную изготавливают форму из стекловолокна/полипропилена, которая станет основой для изготовления окончательных корпусов яхт.
В 2022 году компания Rapid Prototyping протестировала этот производственный процесс, изготовив мастер-модели для корпуса 55-футовой лодки (16.8 метра). Она состояла из 44 деталей, изготовленных из 5000 килограммов переработанного полиэтилена.
Весь проект занял 12 недель у команды из трех человек.
“Раньше для изготовления блоков для розетки нам требовалось девять человек, работающих круглосуточно”. Теперь мне нужна дополнительная рабочая сила только тогда, когда придет время приступить к сборке мастер-модели”. – говорит Юхас.
Он добавляет, что найти квалифицированную рабочую силу для производства вставных деталей становится все сложнее, что делает автоматизацию, обеспечиваемую 3D-печатью, дополнительным преимуществом. Пока станок работает, команда может более эффективно тратить свое время на другие задачи.
Помимо мастер-моделей для лодок, с тех пор компания начала использовать 3D-печать и для производства других судовых изделий, таких как формы и компоненты лодок.
Сокращение отходов и возможность вторичной переработки
Помимо сокращения времени выполнения заказа и повышения эффективности производства, одной из основных причин, побудивших компанию перейти на 3D-печать, было желание сократить количество отходов материалов при обычном производстве.
“Более 50% материала шло в отходы при измельчении пеноблоков до нужной формы, без возможности его вторичной переработки. Благодаря 3D-печати блоков, придающих им форму, близкую к чистой, количество отходов значительно сокращается. Принтер также позволяет использовать переработанные материалы, такие как PETG.”
Компания также делает еще один шаг вперед в использовании потенциала этой технологии, повторно используя ее мастер-модели для дополнительных проектов. Например, 55-футовая мастер-модель для корпуса лодки, изготовленная в 2022 году, была измельчена, переработана в новые гранулы и использована для печати новой 28-футовой (8.5 метров) мастер-модели для корпуса лодки из того же переработанного материала. Юхас объясняет, что компания разработала собственные машины для измельчения и вторичной переработки этого материала.
Он добавляет, что компания также использует солнечную энергию для питания своих машин, что еще раз демонстрирует приверженность Rapid Prototyping экологически ответственному производству.
“Возможно начать производство более экологичным способом, интегрируя принципы экономики замкнутого цикла в морскую отрасль. Это важная тема в современном мире”, – говорит он.
