Среда, 10 сентября, 2025
spot_img
    Среда, 10 сентября, 2025
    Домой Блог Страница 19

    Подшипники умнеют (часть 1)

    От
    Светлана Бакарджиева
    -
    0

    Подшипниковую отрасль недаром называют лакмусовой бумажкой, показывающей уровень развития всей промышленности. Подшипники – это важнейшие компоненты, используемые для уменьшения трения между движущимися деталями, улучшающими эксплуатационные качества и увеличивающие срок службы компонентов. Тела качения или скольжения с минимальной шероховатостью как раз и служат для этого. Часто созданные круглыми, напоминающими колеса, эти завораживающие механизмы играют решающую роль в динамике активных компонентов многих отраслей промышленности – от оборонки до станкостроения, от металлургии до энергетики. Например, подшипники используют в автомобилях, особенно приводимых с помощью ДВС, в механизмах рулевого управления, коленчатом валу, ступицах колес. Подшипники также выполняют свои задачи в авиационных турбинах, на сборочных линиях и в медицинском оборудовании.

    Один из наиболее распространенных типов этих изделий – шариковые или роликовые (цилиндрические) подшипники. Обычно они состоят из трех ключевых элементов: гладких внутренней и внешней поверхностей, известных как внутреннее и наружное кольцо, элементов качения, таких как шарики или цилиндры, и сепаратора, выполняющего функции разделителя для элементов качения. Цилиндры или шарики служат опорой для устройства, позволяя ему свободно вращаться.

    Image

    Рис. Строение шарикоподшипника

    Что и говорить, подшипники – продукт стратегический, и создать у себя полноценную подшипниковую индустрию смогли только технически развитые страны – США, Швеция, Германия, Япония, Франция, Китай, Россия. По данным издания «Коммерсант», в высокотехнологичном и, соответственно, наиболее маржинальном сегменте законодателями моды являются такие компании, как SKF (Швеция), Schaeffler (ФРГ), Timken (США), NSK (Япония). Средний и низкий технологические сегменты в основном занимают около 200 китайских заводов.

    А вот их российские коллеги пока только мечтают о том, чтобы хотя бы частично восстановить былое величие. Только представьте себе, что в советское время 34 отечественных завода ежегодно выпускали 1 млрд подшипников всех типов! Надо сказать, жизнь сейчас предоставляет для этого шанс. И речь здесь не столько о количественных показателях, сколько о возможности сделать мощный качественный рывок. Ведь сейчас во всех технологических сегментах прослеживаются общие тенденции – агрегация компонентов, использование компьютерного моделирования и искусственного интеллекта, кастомизация продуктов под конкретные задачи. Производители подшипников в этом смысле находятся в тренде – они всегда ищут способы предложить своим клиентам индивидуальные решения и разработать более совершенные конструкции подшипников. Одной из технологий, помогающих достичь этих целей, является 3D-печать.

    Какие преимущества обеспечивают АТ для производства подшипников? Начнем с очевидного достоинства, которое проявляется при аддитивном производстве практически всех металлоизделий, – уменьшение веса изготовленных с помощью 3D-печати деталей. С помощью 3D-печати также можно создать более легкую деталь, используя ячеистые структуры или топологическую оптимизацию. Станки с ЧПУ или многооперационные технологии и последующая многокомпонентная сборка далеко не всегда готовы предложить изделия с такими актуальными свойствами. Отдушина для многих энтузиастов – доступная технология экструзии полимерной нити FFF, позволит в некоторых случаях даже заменить металл на полимер, например, полиамид/нейлон с армирующими добавками композиционного материала. Или же можно использовать технологию SLS для работы с универсальным полиамидом, или гибким термополиуретаном. Использование полимеров вместо металлов, таким образом, помогает снизить стоимость, вес подшипника, а также выйти за рамки ограничений проектирования под возможности традиционных производств. Кроме того, полимерный каркас, напечатанный на 3D-принтере, значительно снижает износ тел качения по сравнению с обычными стальными кольцами.

    Image

    Рис. Гибкий роликовый подшипник

    Image

    Рис. 3D-печать по технологии FFF (igus)

    Еще один несомненный плюс – сокращение затрат на оснастку. При изготовлении подшипников с использованием традиционных технологий стоимость оснастки может достигать 4 – 6 млн руб. за комплект. Для производителей, которым требуется выпустить небольшие или средние партии подшипников, традиционные методы часто оказываются непомерно затратными. В свою очередь, 3D-печать открывает возможность создания подшипниковых элементов, таких как сепараторы, непосредственно без использования оснастки. Прямое их изготовление с помощью 3D-печати является высококонкурентным вариантом для изготовления подшипников малого и среднего тиража.

    Наконец, аддитивные технологии способны обеспечить непревзойденную ранее сложность конструкции, тем самым повышая ее эксплуатационные характеристики. Например, британский производитель подшипников Bowman International переработал конструкцию сепаратора, добавив в него больше элементов качения, что увеличило срок службы подшипника. С помощью 3D-печати производители также могут изготавливать сепараторы подшипников из гибких материалов, что позволяет им легко оборачивать сепаратор вокруг вдоль поверхности колец.

    Подробнее об этом и других кейсах мы расскажем во второй части статьи.

    Мускулистая гидравлика (часть 3)

    От
    -
    0

    В предыдущей части мы подробно разбирали преимущества, которые может обеспечить гидравлике 3D-печать. А теперь рассмотрим некоторые примеры использования различных технологий 3D-печати в производстве гидравлических компонентов. Мы убедимся с вами, что это недооцененное многими направление как нельзя лучше демонстрирует потребность в передовых производственных решениях.

    Кейсы
    1. Гидроблок с ввертной гидроаппаратурой для управления цилиндром одностороннего действия, содержащий гидрораспределитель с электроуправлением, предохранительный и обратный клапаны, а также дроссель регулирования скорости движения Aidro, изготовленный по технологии L-PBF (рис. 1). Компания смогла сэкономить место и оптимизировать основные и соединительные гидролинии для увеличения расхода при меньших потерях давления, чем при использовании обычных компонентов. Поскольку не требовалось дополнительного сверления, то была устранена возможность внешней утечки по прошествии какого-то времени или интенсивной эксплуатации.

    Image

    Рис. 1. 3D-печать блока гидроблока из нержавеющей стали (Aidro SrL)

    1. Оптимизированная конструкция редукционного клапана прямого действия (рис. 2) и 3D-печать по технологии L-PBF позволили снизить вес на 60% по сравнению с получаемым на фрезерном станке с ЧПУ и прошедшим цинкование для защиты от коррозии. Прочность клапана полностью соответствовала традиционно изготавливаемому, были успешно проведены испытания под давлением 250 бар.

    Image

    Рис. 2. Редукционный клапан, изготовленный по классической технологии (слева) и оптимизированный под 3D-печать (справа) (Aidro SrL)

    1. Напечатанный по технологии L-PBF гидравлический сервоклапан с прямым приводом и электроникой (рис. 3) от компании Domin Fluid Power (Англия) обеспечивает лучшие характеристики по сравнению с существующими конструкциями в отношении номинального расхода, размера, эффективности и веса при сохранении конкурентоспособной цены. Всего этого удалось достичь за счет агрегации (стало на 40% меньше деталей), на 25% меньшего расхода жидкости, на 20% меньшей утечки, на 15% меньшего размера.

    Image

    Рис. 3. Гидравлический сервоклапан с прямым приводом и электроникой (Domin Fluid Power Ltd.)

    1. Гидравлический коллектор для сельскохозяйственной техники (рис. 4) от компании Aidro. Этот коллектор управляет цилиндром двойного действия с двумя электромагнитными клапанами и двумя обратными клапанами с ручным управлением. Напечатанный коллектор из алюминиевого сплава AlSi10Mg по технологии L-PBF обладает теми же функциями, что и классический, но вдвое меньше и на 75% легче.

    Image

    Рис. 4. Гидравлический коллектор для сельскохозяйственной техники (Aidro SrL)

    Агрегированный и напечатанный коллектор компании Aidro доказал, что механические свойства, такие как предел прочности при растяжении, относительное удлинение, ударная вязкость и твердость, соответствуют или превышают аналогичные параметры у коллектора, изготовленного по традиционной технологии. Эксплуатационные характеристики сравнимы с традиционными деталями или превосходят их, поскольку изогнутые формы внутренних каналов не имеют углов пересечения в 90 градусов.

    1. В Центре инновационной обработки материалов CIMP-3D Пенсильванского государственного университета спроектировали и напечатали по технологии L-PBF гидравлический коллектор как единое целое (рис. 5). Он весит на 70% меньше и включает в себя только 1 деталь в противовес «реликтовым» 17 деталям предшественника.

    Image

    Рис. 5. Агрегированный гидравлический коллектор, состоящий из 1 детали вместо 17 (Penn State CIMP-3D)

    1. Оптимизированная конструкция золотника гидрораспределителя под L-PBF 3D-печать с новой формой отверстий. С помощью радиальных каналов прямоугольной формы удалось увеличить площадь масляного канала внутри золотника на 20% и снизить перепад давления (рис. 6). Изменение формы поперечного сечения проточных каналов влияет на характеристики. Например, проточные каналы в золотниках обычно имеют круглую форму, поскольку они обрабатываются сверлами. 3D-печать позволяет инженерам проектировать поперечные сечения каналов потока другой формы, улучшая рабочие характеристики.

    Image

    Рис. 6. Золотник гидрораспределителя: с круглыми отверстиями, изготовленный на токарно-фрезерном оборудовании (слева); с прямоугольными отверстиями, напечатанный по технологии L–PBF (справа) (Aidro SrL)

    Также стоит обратить внимание на все увеличивающуюся популярность технологий HP Metal Jet и MBJ, не использующих в работе лазерное излучение, и позволяющих получать серийно изделия высокого качества часто с лучшей, чем по технологии L-PBF рентабельностью (рис. 7).

    Image

    Рис. 7. Золотник клапана с прямоугольной формой отверстий, напечатанный по технологии HP Metal Jet из стали 17-4PH (HP)

    1. Блок гидравлических переходников, представляющий собой коллектор, направляющий поток жидкости в гидравлической системе и соединяющий клапаны, насосы и приводы, был спроектирован и изготовлен компанией GKN Additive по технологии L-PBF (рис. 8).

     Image

     Рис. 8. Блок гидравлических переходников (GKN Additive)

    Здесь также налицо ограниченность традиционного проектирования от возможностей станков для механообработки. Многочисленные каналы можно получить путем рассверливания отверстий и нарезания резьбы. Чтобы масло не покидало пространство коллектора и создавало определенное давление в системе, требуется закрыть некоторые отверстия заглушками и герметиком. Однако этот процесс крайне неэффективен по нескольким причинам. Во-первых, просверленные и отфрезерованные кромки создают острые заусенцы, до которых трудно добраться при слесарной обработке. Иногда они могут ломаться во время работы агрегата и нарушать работу системы. Во-вторых, точки соединения с острыми углами создают турбулентный поток, что приводит к неэффективному расходованию энергии. В-третьих, неиспользуемые горизонтальные каналы могут накапливать грязь, снижая срок службы гидравлической системы. 3D-печать в данном примере помогла снизить вес гидравлического блока с 30 кг до 5,5 кг без ущерба для функциональности. Благодаря новому дизайну удалось избавиться от излишков материала и обеспечить отсутствие перекрытия отверстий внутри детали. Кроме того, в новой конструкции полностью исключены неиспользуемые горизонтальные каналы, поэтому грязи негде скапливаться. Наконец, чтобы уменьшить турбулентный поток в системе, инженеры заменили острые внутренние углы криволинейными без резких переходов трубопроводами. Меньшее количество материала, основных и вспомогательных операций позволило сократить стоимость изготовления продукции.

    1. Команда Liebherr Group произвела инженерную оптимизацию блока гидравлических клапанов высокого давления для самолета Airbus A380, что позволило сделать его легче и эффективнее (рис. 9). В результате 10 функциональных элементов были агрегированы в новый блок клапанов, который стал на 35% легче и проще в изготовлении. Спасибо за это технологии L-PBF.

    Image

    Рис. 9. Коллекторный блок, успешно прошедший испытания на самолете Airbus A380 (Liebherr Group)

    1. Британский производитель гидравлических систем Domin Fluid Power усовершенствовал с помощью L-PBF 3D-печати свой высокопроизводительный сервоклапан с прямым приводом, используемый для преобразования сигналов в давление (рис. 10). В компании гордятся, что планомерно переходят на новый способ проектирования и производства, не задействуя оснастку. Например, компания разработала один из своих приводов, размер которого на 25% меньше первоначального и на 25% мощнее. Стоимость детали уменьшилась на треть, а время изготовления сократилось с 5,5 часов до 1 часа.

      Image 

    Рис. 10. Напечатанный высокопроизводительный сервоклапан (Domin Fluid Power Ltd.)

    1. SMS group впервые установила на прессе открытой штамповки компании Gustav Grimm Edelstahlwerk GmbH & CO. KG блок гидравлического коллектора, оптимизированный по потоку и изготовленный по технологии L-PBF, но легче и компактнее старого (рис. 11).

    Image

    Рис. 11. Разработанный SMS group гидравлический коллекторный блок, устанавливаемый на тяжелый пресс открытой штамповки (SMS group)

    Благодаря новому функционально-ориентированному подходу к проектированию моделирование конструкции выполняется изнутри наружу. В случае с коллекторным блоком сначала моделировался объём жидкости, а затем определялась необходимая толщина стенок, так что материал использовался только там, где он действительно был необходим по функциональным причинам.

    Вес алюминиевого блока гидравлического коллектора составляет всего одну десятую часть от веса стального, изготавливаемого по традиционной технологии. Блок коллектора используется для распределения гидравлического масла для работы и вентиляции цилиндров. Оптимизированное расположение клапанов учитывает прямой оптимизированный поток жидкости через отдельные каналы и обеспечивает более легкий доступ к ручным клапанам для обслуживания. Монолитная конструкция компонентов значительно снижает количество потенциальных точек утечки.

    1. Компания Ford по праву считается пионером в области 3D-печати для автомобильных гидравлических систем. Для пикапа Ford Hoonitruck они спроектировали и напечатали по технологии L-PBF впускной коллектор из алюминиевого сплава (рис. 12).

    Image

    Рис. 12. Впускной коллектор для пикапа Ford Hoonitruck (Ford Performance)

    Для автомобиля требовался специальный впускной коллектор для подачи в цилиндры двигателя воздуха из турбонаддува, и компания Ford решила обратиться к 3D-печати. Конструкция оптимизирована для повышения производительности, а конечная деталь весит всего 6 кг.

    1. Компания Bosch Rexroth уже много лет использует песчанополимерную технологию BJ для 3D-печати стержней для последующего литья в ХТС. В числе ключевых преимуществ этого решения Bosch Rexroth называет возможность снижения веса до 30% основных компонентов коллекторов (рис. 13). К дополнительным преимуществам относится устранение необходимости вспомогательных отверстий, которые могут вызывать утечки, и оптимизация внутренних каналов, что повышает энергоэффективность.

    Image

    Рис. 13. Песчанополимерные стержни каналов коллектора для литья в ХТС (Bosch Rexroth)

    1. Технология MBJ сегодня как нельзя лучше подходит для серийного производства металлических изделий умеренных размеров. Особенность её состоит в том, что детали после печати требуют двухстадийной постобработки: дебайдинг и спекание. На рис. 14 показан гидравлический клапан после печати и после спекания. Как видно, его размер отличается на 14-21% ввиду усадки, задаваемой согласно расчётам в инженерном ПО.

    Image

    Рис. 14. Гидравлический клапан после печати – green part (справа) и полностью спечённое изделие (слева) (AM.TECH)

    1. Компания GKN Powder Metallurgy для John Deere разработала перепускной клапан и произвела его по технологии HP Metal Jet из нержавеющей стали (рис. 15). Завод John Deere заказывает клапаны уже серийно (более 4000 единиц), оснащая ими свои знаменитые трактора. Технология HP Metal Jet, близкая по своему решению SLS и MBJ, позволила получить изделия превосходного качества, а также быстро прототипировать и тестировать новые итерации продукции.

    Image

    Рис. 15. Перепускной клапан (GKN Powder Metallurgy / John Deere)

    1. На высшей ступени развития в плане проектирования сегодня находится вычислительная или алгоритмическая инженерия, активно продвигаемая компанией LEAP71 из Дубая. В программном обеспечении активно применяются возможности неявного и параметрического моделирования, учитывающие особенности 3D-печати (рис. 16). Это позволяет очень быстро проектировать изделия с самыми высокими требованиями, учитывающими большое количество отверстий, «бионический» дизайн, ячеистую структуру, причём для работы вам не по требуется мощная рабочая станция. Другими словами, мы на пороге комплексного пересмотра идеологии существующих САПР-гидроблоков в угоду совершенно новых подходов к проектированию с опорой на возможности технологий 3D-печати.

    Image

    Рис. 16. Напечатанный коллектор, спроектированный на свободно распространяемом «движке» PicoGK (LEAP71)

    Выводы

    Поскольку индустрия гидравлики стремится к созданию более энергоэффективных и компактных гидравлических компонентов, 3D-печать предоставляет возможность разрабатывать и производить отвечающие современным требованиям конструкции.

    Промышленная гидравлика характеризуется особыми условиями окружающей среды и часто непрерывными процессами. Она охватывает такие отрасли и направления, как судостроение, энергетика (строительство гидротехнических сооружений), металлургия, литейное производство, горнодобывающая промышленность и т.д.

    Другой сегмент рынка находится под влиянием разработок и тенденций завода будущего. Это относится, например, к прессам, машинам для обработки пластмасс, сборочным системам, металлорежущим станкам, испытательным машинам и аналогичным машинам, установленным на современных заводах.

    Если рассмотреть для себя ответственную нишу для серийного производства высокосложных гидравлических систем, то сто́ит обратить внимание на оснащение металлорежущих станков и роторных приводов, которые должны столкнуться с жёсткой конкуренцией. Однако появятся и новые возможности — за счёт экономии энергии благодаря системам управления клапанами и более удобным в использовании продуктам и системам. Без всякого сомнения гидравлика сохранит и даже улучшит свои позиции благодаря дальнейшим инновационным разработкам в области создания максимально компактных и эффективных устройств.

    Оценив обеспечиваемые 3D-печатью преимущества в сроках изготовления, снижении веса, а также в стоимости и производительности, многие производители гидравлических компонентов начинают изучать и задействовать различные технологии аддитивного производства для своих изделий.

    В дальнейшем мы ожидаем, что роль 3D-печати в производстве гидравлических компонентов возрастёт, помогая компаниям идти в ногу с текущими и будущими тенденциями.

    Однако, не стоит снимать со счетов и определенные проблемы, которые лежат на повестке у технологий 3D-печати. По мнению к.т.н. Свешникова В.К. (Научно-исследовательский экспериментальный институт металлорежущих станков), для печати гидроблоков зачастую используется нержавеющая сталь, которая является более дорогой и сложной в обработке по сравнению с углеродистой сталью. Экономические аспекты также не играют в пользу аддитивных технологий. Например, стоимость 3D-принтеров сегодня достаточно высока и не позволяет широкому кругу предприятий их использовать для воплощения своих идей. И здесь же мы можем с уверенностью сказать, что нередки случаи создания новых материалов под определенные задачи, а большие объёмы их производства могут значительно улучшить экономику проектов. Рост производительности 3D-принтеров и появление новых аддитивных технологий также ведут к удешевлению производства. Все эти приятные и воодушевляющие изменения происходят достаточно часто, чтобы вселить уверенность в промышленников.

    Выбор наиболее релевантной аддитивной технологии на всё усложняющиеся рыночные запросы – непростая задача, но вполне по силам опытным интеграторам и производителям соответствующего оборудования. Позвольте профессионалам в технологиях селективного лазерного сплавления L-PBF, электронно-лучевой плавки E-PBF, печати связующим по металлу MBJ/BJT помочь вам в этом.

    Часть 1.

    Часть 2.

    Армия-2024: на пути к техносуверенитету

    От
    -
    0

    Компания НПО 3Д-Интеграция 13 августа приняла участие в круглом столе на форуме «Армия-2024».

    Ассоциация развития аддитивных технологий собрала в рамках круглого стола «Перспективы внедрения аддитивных технологий в ОПК Российской Федерации. Обеспечение технологического суверенитета» представителей ведущих промышленных предприятий и университетов в области аддитивных технологий. Формат встречи требовал от участников глубокого стратегического мышления, демонстрации высоких компетенций и опыта, идей и шагов для обеспечения технологического суверенитета страны.

    Может показаться, что разговоры о суверенитете кочуют от конференции в конференцию и только остаются взвешенными в воздухе. Но сто́ит понимать, что такие вопросы не решаются моментально. Лидеры во время подобных встреч обмениваются своими наработками в реализации близких для нужд ОПК проектов, а формат мультидисциплинарных встреч даёт каждому участнику взглянуть под другим углом в общее дело, обсудить с коллегами свои открытия, или, наоборот, получить дружеский совет развивать проект в другом, более жизнеспособном направлении.

    Генеральный директор ООО НПО «3Д-Интеграция» Михаил Родин рассказал о ярких примерах зарубежных и российских практик для решения задач ОПК. Также он привёл аргументированное сравнение себестоимости получения глушителя по трём аддитивным технологиям: L-PBF, E-PBF и MBJ. Лидером оказалась технология L-PBF, как наиболее зрелая с отличными механическими свойствами получаемых изделий. Но это не означает, что E-PBF и MBJ уготовано место на скамейке запасных — они находят своё применение в других направлениях, например, в медицине, или там, где от деталей ждут работы при высоких температурах и жёстких условиях, или же требуется наладить рентабельное серийное производство.

    Image

    Актуальное для нашего времени событие ещё раз подчеркнуло важность и своевременность обсуждаемых проблем и задач, помогло ответить экспертам на многие вопросы, приблизить мечты и проекты к производственной реальности.

    Мускулистая гидравлика (часть 2)

    От
    -
    0

    В предыдущей статье мы вкратце перечислили, чем же могут помочь аддитивные технологии гидравлическим системам. Теперь поговорим об этом подробнее.

    Уменьшение размера и веса

    Пожалуй, это самое простое для многочисленных технологий 3D-печати. Например, гидравлический коллектор, с помощью которого регулируется поток жидкости между компонентами гидравлической системы, обычно изготавливается из цельного куска металла, (например, отливки), посредством ЧПУ фрезерования. Очевидно, что перевод большого количества металла в стружку увеличивает стоимость работ и время на изготовление продукции. Кроме того, режущий инструмент ограничен в своей геометрии, а проектировщик стеснён в свободе и гибкости работ, что приводит к проектировочному компромиссу: деталь должна быть технологична (воспроизводима) с помощью оборудования в цехе. Если в цехе стоят классические станки с ЧПУ, не ждите от них получения в коллекторах сложных криволинейных каналов, увеличивающих поток и снижающих перепад давления. Проходы в обычных коллекторах часто необходимо располагать так, чтобы каналы, просверленные поперечно, не пересекались, и между каналами оставалось достаточно материала для обеспечения необходимой прочности. Вспомогательные отверстия, просверленные для соединения внутренних каналов, возможно, придётся заделать, что может привести к утечке в будущем.

    3D-печать помогает решить эту проблему с большим бонусом: на изготовление коллектора требуется почти столько же материала, сколько заложено в электронной модели. Проточные каналы могут быть размещены именно там, где они необходимы, и в оптимальных размерах и форме. До сих пор проточные каналы, особенно в таких компонентах, как золотники клапанов, обычно были круглыми, поскольку обрабатывались вращающимися фрезами или сверлами. Создавая компонент послойно, проектировщики могут задавать конфигурации, которые были бы сложными или невозможными при использовании обычных методов производства. Например, каналы могут быть выполнены с квадратным, а не круглым сечением, что увеличивает пропускную способность на 20%. Конструкцию канала можно оптимизировать для достижения большего расхода в меньшем пространстве. Проходы, соединяющие внутренние каналы, не нужно обрабатывать снаружи коллектора, что устраняет потребность в заглушках для отверстий.

    Сейчас для решения такой задачи можно рекомендовать использование следующих аддитивных технологий по металлам и сплавам: селективное лазерное сплавление L-PBF, электронно-лучевой плавки E-PBF, печать связующим по металлу MBJ/BJT, выборочное тепловое спекание Metal Jet/SHS, а также такую пока экзотическую, как фотополимеризация в ванне LMM/DLP по металлосодержащим смолам. Полимерные технологии, находящие отклик у энтузиастов, разработчиков робототехники, а также в машиностроении с умеренными условиями эксплуатации, мы рассмотрим в рамках другой статьи.

    При использовании литьевых заготовок и их механообработки всегда существует риск получить внутри тела заготовки раковины или прочие дефекты, которые не позволят использовать изделие в дальнейшем и приведут к браку. Независимо от выбранной аддитивной технологии, за один раз послойно отверждается несколько десятков микрометров материала, что позволяет полностью контролировать соотношение скорость/точность. Системы контроля в каждой технологии помогают выявлять дефекты ещё на этапе производства, продолжая или останавливая печать в зависимости от программных настроек.

    Помимо снижения веса компонентов, 3D-печать также позволяет создавать более компактные детали, которые лучше вписываются в ограниченное пространство. Это преимущество делает гидравлические компоненты, напечатанные на 3D-принтере, особенно востребованными в сферах, требующих высокой точности и малого веса.

    Один из примеров, оптимизированных по размерам и весу гидравлических компонентов, напечатанных на L-PBF 3D-принтере, принадлежит итальянскому производителю Aidro, являющемуся одним из лучших в плане использования аддитивных технологий (рис.1).

    Image

    Рис. 1. Напечатанный коллектор (справа) на 75% легче традиционно изготавливаемого (слева) (Aidro SrL)

    Этот коллектор используется в сельскохозяйственной технике. Он был оптимизирован для экономии веса и места в системе. В результате он стал вдвое меньше и на 75% легче своего предшественника.

    Агрегация

    Агрегация деталей, призванная объединить несколько деталей в одну, — очень популярное в 3D-печати направление. Она идёт рука об руку с задачей сокращения веса и размера. Более того, она позволяет производителям отказаться от сложной сборки компонентов, а также повысить структурную целостность детали с сокращением слабых мест, способных вызвать утечки.

    Оптимизация эффективности

    Свобода проектирования и 3D-печать позволяют создать такие криволинейные каналы движения потока жидкости, которые могут повысить эффективность потока на 30—70%, причём в самом компактном размере компонента. Сечение каналов также может варьироваться в зависимости от задач. Каналы могут располагаться близко к друг другу, что невозможно делать при классическом производстве, часто ограниченном геометрией режущего инструмента и возможностями станков.

    Свойства материалов

    Поскольку 3D-печать по металлу — пока относительно новый способ производства в области гидравлики, возникает вопрос о том, насколько свойства материалов деталей, напечатанных на 3D-принтере, сопоставимы со свойствами материалов, изготовленных традиционными способами. И если требуемые механические свойства, такие как предел прочности при растяжении, предел текучести и модуль упругости, несложно реализовать в напечатанных компонентах на тщательно подобранных материалах, то качественная работа с высоким давлением заслуживает отдельного разговора. Например, циклические удары и пульсации давления могут разрушить деталь через какое-то время. Поэтому коллекторы в традиционной промышленности часто изготавливаются из ковкого чугуна или других пластичных материалов для нивелирования этих пульсаций, но эти материалы не подходят для процесса аддитивного производства. В 3D-печати найден компромисс для гидравлики, и это алюминий и нержавеющая сталь. Механические свойства этих материалов эквивалентны и даже превосходят таковые в прутковом прокате.

    Сегодня требуемые компоненты могут быть изготовлены из различных материалов, включая нержавеющую сталь, алюминий, титан, а также металло-композиционные сплавы с наночастицами, предотвращающие горячее растрескивание, порой встречаемое в технологиях лазерного синтеза L-PBF.

    По опыту многих компаний, без инженерных расчётов методами конечных элементов (FEM) здесь уже не обойтись, так что для гидравлики очень важны качественные системы проектирования, позволяющие «предугадать» поведение изделия и материала в эксплуатации. Если FEM-анализ показывает проблемные участки в модели, то вы можете заменить на другой материал, увеличить толщину стенок или изменить форму каналов.

    Одной из наиболее релевантных технологий для печати гидравлических компонентов на сегодняшний день можно смело назвать L-PBF, дающую возможность получения деталей высочайшего качества, а сертифицированные параметры принтера и высококачественный металлический порошок гарантируют удовлетворительную повторяемость процесса. Преимущество этой технологии также лежит в её зрелости, подтверждением чему являются системы с объёмом печати более 1 м2 и несколькими десятками лазеров.

    Отрасли промышленности

    Как уже говорилось ранее, 3D-печать лучше всего подходит для относительно небольших серий. Но возможность снижения веса детали за счёт использования оптимального количества металла делает этот процесс идеальным для применений, требующих высокой точности и малого веса, таких как аэрокосмическое, авиационное и медицинское оборудование. Сельскохозяйственная техника — ещё одна важная область, где эта технология может быть использована для изготовления прототипов деталей, оснастки и запасных частей, а также специализированных деталей для малосерийного производства.

    В следующей публикации мы рассмотрим некоторые примеры использования различных технологий 3D-печати в производстве гидравлических компонентов.

    Часть 1.

    Часть 3.

    Презентация установки EBM-200

    От
    -
    0

    Долгожданное для Московского Цифрового Завода событие — запуск аддитивной установки EBM-200 для печати металлических изделий электронным лучом.

    Технология электронно-лучевой плавки в вакууме (E-PBF/EBM) — это послойное формование детали из предварительно нагретого металлического порошка, поданного в камеру построения в вакуумной защитной среде посредством плавки электронным лучом. В ряду её преимуществ — высокие коэффициенты использования энергии и материала, высокая скорость печати при минимальной необходимости построения поддержек, слабые остаточные напряжения в напечатанных деталях. А также — отсутствие инородных включений, что особенно важно в высокотехнологичных отраслях — аэрокосмическом комплексе, авиастроении, двигателестроении и в медицине.

    Более подробно познакомиться с технологией, узнать о кейсах с её применением, увидеть систему в работе, оценить качество готовых деталей и задать все интересующие вопросы по теме можно, посетив 19, 21, 23, 26 или 28 августа презентацию нового оборудования Московского цифрового завода. Посетителям представят технологию ЕВМ, продемонстрируют работу аддитивной установки EBM-200. Их также ждёт презентация отечественной аддитивной установки для печати методом селективного лазерного сплавления AMT-16 и экскурсия по Московскому Цифровому Заводу.

    Для посещения презентации оборудования на Московском Цифровом Заводе необходима предварительная регистрация.

    Место: Москва, Дмитровское шоссе, 9, стр. 3.

    Время: 11:00 — 13:00.

    Выберите один из наиболее удобных для посещения дней: 19, 21, 23, 26 или 28 августа.

    <#pcat#2540#15#3#0#>

    Мускулистая гидравлика (часть 1)

    От
    -
    0
    Введение

    Гидравлические устройства являются своеобразным проводником в мир усиления механизмов, охлаждения, сложных контуров подачи различных жидкостей к месту назначения. И спрос на них будет до тех пор, пока человечество использует любой транспорт, возводит города и здания, строит электростанции на различном виде топлива и энергии, создаёт станки, металлургические производства… Наш мир всё усложняется, изделия стараются делать максимально компактными с высокими характеристиками, и всё это влечёт за собой пересмотр дизайна и концентрацию полезных качеств в компактном корпусе.

    Гидравлические насосы, цилиндры, станции подачи давления обеспечивают при меньших габаритах большую мощность, чем двигатели, электродвигатели и механические приводы. Гидравлические клапаны легко регулируют направление, скорость, крутящий момент и усилие, от простого ручного до сложного электронного управления.

    Но при этом гидравлику сегодня считают направлением с низким проникновением новаций, а новаторы чаще вкладываются в быстрорастущие рынки, например, в IT-сектор. Тем не менее неоспоримо глобальное экономическое значение гидравлики, объём продаж которой составляет многие десятки миллиардов долларов. Стать более модной, востребованной, и вместе с этим компактной и простой гидравлике помогут новые производственные технологии, а также электронное управление и электромеханическая передача энергии.

    Часть 1

    Использование аддитивных технологий для производства гидравлических систем сегодня идёт по классическому инновационному пути. Вначале — рынок уникальных промышленных систем с высокой удельной мощностью, решение задач для оборонно-промышленного комплекса, авиации и космоса. И лишь потом освоенные кейсы с возможностью масштабирования должны дотянуться и до сектора товаров широкого потребления. 3D-печать по металлу открывает новые возможности для извлечения выгоды из высокой удельной мощности гидравлических технологий за счёт улучшения конструкции и производства таких компонентов, как коллекторы, блоки клапанов и золотники клапанов.

    Image

    Рис. 1. Сравнение напечатанного и традиционно произведенного коллектора

    Гидравлические компоненты традиционно изготавливаются механической обработкой или литьём с механической обработкой. И вместе с этим уже многие производители такого оборудования проявляют интерес к производству коллекторов, сервоклапанов и гидравлических адаптеров с использованием технологий 3D-печати.

    3D-печать для гидравлики. Почему?

    Так чем же могут помочь аддитивные технологии гидравлическим системам? Давайте разбираться:

    • В целях снижения риска для окружающей среды лучше сократить количество используемых жидкостей, а это можно сделать за счёт более компактных корпусов устройств.
    • Агрегация деталей позволит создавать сложные и необслуживаемые системы, сокращающие сроки ремонта (замена узла целиком) и не требующие периодического технического обслуживания.
    • Возможность снизить уровень шума и повысить эффективность за счёт меньшего объёма проходимых жидкостей. Здесь, опять же, оптимизация гидросистем позволит изготовить сложные корпуса посредством 3D-печати.
    • Использование встроенных датчиков с новейшим стандартом связи 5G и ИИ позволит быстрее взаимодействовать с приводами, предоставляя информацию для мониторинга состояния и даже данные для профилактического обслуживания. При условии применения продвинутых аддитивных систем можно добиться автоматизированной встройки датчиков в тело корпуса. На данный момент эта идея ещё не получила сколько-нибудь широкого внедрения, но её перспективы очевидны, и наверняка комплексы, обладающие такими свойствами, скоро будут предложены рынку (рис. 2).

    Image

    Рис. 2. Автоматическая интеграция датчиков с использованием вакуумного захвата: 1: 3D-печать геометрии полости построения, 2 и 3: очистка полости вакуумом, 4: автоматизированное/роботизированное извлечение датчика из магазина внутри камеры 3D-принтера, 5 и 6: установка датчика в полость детали, 7: нанесение нового слоя порошка, заполняющего полость с датчиком, 8: продолжение построения (Binder et al., Procedure and Validation of the Implementation of Automated Sensor Integration Kinematics in an LPBF System)

    С помощью датчиков можно измерять температуру, уровень вибрации или звука, давление различных газов и жидкостей (рис.3).

    Image

    Рис. 3. Пример встраивания датчиков для измерения нагрузки и состояния твердосплавных режущих пластин (Fraunhofer ILT / Фолькер Ланнерт)

    • Очевидно, что благодаря независимости от оснастки 3D-печать успешно справляется с задачей получения индивидуальных изделий, в нашем случае — специализированных гидравлических компонентов единичных или малых серий. Традиционные же технологии нацелены прежде всего на эффективные решения для серийного производства, предлагая компромиссный вариант для средней выборки потребителей.
    • Время выполнения рентабельного заказа для классической механообработки может составлять от 30 до 60 и более дней для изготовления компонента из прутка или от шести до 12 месяцев, если требуется литьё. 3D-печать позволяет получать детали по запросу в течение нескольких дней.
    • Создание прототипов — ещё одна сильная сторона 3D-печати, часто помогающая рассмотреть разные варианты конструкции и выбрать лучшую из них благодаря испытаниям и визуальному контролю.
    • Выбор материалов для производства гидравлических компонентов сегодня хоть и недостаточно широк, но даёт возможность решить принципиальную задачу для инженера-гидравлика – создание долговечных корпусов с требуемой прочностью и коррозионной стойкостью, чтобы безопасно выдерживать высокое давление: нержавеющая сталь, титан, алюминиевые сплавы.
    • Рассверливание или фрезерование каналов по традиционной технологии требует впоследствии установки заглушек выходных отверстий для предотвращения утечки масла. Однако эти заглушки создают потенциальные пути утечки, что может привести к отказу системы. 3D-печать устраняет эту проблему, в первую очередь избавляя от необходимости создания проходов для поперечного сверления.

    В следующей публикации мы остановимся на некоторых из перечисленных здесь возможностей аддитивных технологий, которые могут дать компонентам для гидравлики новую жизнь.

    Часть 2.

    Часть 3.

    Новый Raptor: меньше вес, больше тяга

    От
    Кирилл Казмирчук
    -
    0

    Компания SpaceX, Хоторн, Калифорния, США, представила свой двигатель Raptor 3. Компания сообщает, что ее инженеры смогли переместить многие внешние детали внутрь, объединив и упростив конструкцию. Двигатель изготовлен с применением передовых производственных технологий, в том числе с использованием присадок к металлу.

    Илон Маск, основатель SpaceX, заявил: «Объем работ, необходимых для упрощения двигателя Raptor, внедрения вторичных каналов подачи и добавления регенеративного охлаждения для незащищенных компонентов, был ошеломляющим. В результате Raptor 3 не требует теплозащитного экрана с его дополнительной массой и сложностью системы, а также исключает систему пожаротушения. Кроме того, он легче, обладает большей тягой и более высокой эффективностью, чем Raptor 2».

    Сообщалось, что вариант Raptor 3 имеет на 21% большую тягу, чем Raptor 2, и при этом на 7% легче своего предшественника.

     

    Сравнение трех поколений двигателей Raptor (Фото компании SpaceX)

    Несмотря на то, что Маск традиционно не распространялся о специфике своей технологии аддитивного производства, он подчеркнул опыт SpaceX в этой области:

    «Не все понимают, что SpaceX обладает самой передовой технологией 3D-печати на металле в мире».

    Хотя общедоступная информация остается скудной, считается, что лазерное наплавление в порошковом слое (PBF-LB) и направленное энергетическое осаждение (DED) – наиболее широко используемые в SpaceX процессы обработки металлов давлением. Скорее всего, компания применяет индивидуальные варианты коммерчески доступных технологий аддитивного производства и постобработки, а также решения собственной разработки.

    Raptor 3 от SpaceX в значительной степени использует аддитивное производство для консолидации, оптимизации и уменьшения веса деталей (Фото компании SpaceX)

    Исходя их материалов публикуемых отчетов о деятельности других коммерческих космических компаний, можно ожидать, что разработки SpaceX в области аддитивного производства были сосредоточены на крупномасштабном производстве деталей АП, консолидации и удалении деталей, усовершенствованной обработке поверхностей, контроле и мониторинге, разработке АП из нескольких материалов, сплавов и оптимизации производительности оборудования.

    Принципиальная схема двигателя Raptor и разрез двигателя Raptor 3 

    BAE Systems использует 3D-печать для демонстрации нового истребителя Tempest

    От
    Кирилл Казмирчук
    -
    0

    Британская аэрокосмическая фирма BAE Systems выпускает сверхзвуковой демонстратор для поддержки Глобальной программы боевой авиации (GCAP).

    Прототип пилотируемого самолета будет использоваться для тестирования множества новых технологий, включая функции, совместимые со стелс-системами. Эти испытания, которые станут первым за последние 40 лет демонстрационным мероприятием боевой авиации Великобритании, будут способствовать разработке истребителя следующего поколения Tempest.

    Начатая в 2022 году, GCAP объединила японскую программу F-X с проектом Team Tempest, разработанным британцами и итальянцами. Компания работает над созданием сверхзвукового боевого самолета шестого поколения к 2035 году. Компания BAE возглавляет проект вместе с итальянским оборонным подрядчиком Leonardo и японским производителем Mitsubishi Heavy Industries.   

    Британская оборонная фирма использует аддитивное производство для производства основных конструктивных компонентов для демонстратора, большинство из которых производятся в Великобритании. По словам Пола Уайлда, главы подразделения Tempest в BAE Systems, “в самолетах есть детали, которые сейчас невозможно изготовить иначе, чем с помощью аддитивных процессов”.

    Уже тогда считалось, что 3D-печать играет ключевую роль в разработке и производстве самолета Tempest. Ранее компания BAE заявляла, что 30% деталей Tempest будут напечатаны в 3D-формате.      

    Компания также представила новейший дизайн истребителя GCAP, продемонстрировав точную копию Tempest в натуральную величину на Международном авиасалоне в Фарнборо на этой неделе. Модель имеет новые конструктивные особенности, в том числе больший размах крыльев, чем у предыдущих концепций. Сообщается, что это улучшит аэродинамику самолета.

    Модель BAE Systems Tempest на Международном авиасалоне в Фарнборо. Фото компании BAE Systems.

    Компания BAE напечатала на 3D-принтере реактивный истребитель шестого поколения

    Представители BAE сообщили, что в мае демонстрационный образец прошел критическую проверку конструкции (CDR). К настоящему времени изготовлена или собрана половина прототипа самолета, в том числе передняя центральная часть, задняя задняя часть и крыло.

    Конструктивные детали изготавливаются с использованием аддитивных производственных процессов, включая промышленную 3D-печать и горячий изостатический пресс (HIP).

    HIP спрессовывает порошкообразный титан под воздействием высокой температуры и давления для получения металлических деталей. Это сводит к минимуму количество отходов и значительно сокращает сроки изготовления поковок. По данным BAE, инженеры-проектировщики также использовали технологию design for additive manufacturing (DfAM) при изготовлении конструкционных деталей.

    Экономия времени, обеспечиваемая аддитивным производством, вероятно, сыграет ключевую роль в сокращении сроков разработки Tempest. Поставка самолета запланирована всего через 12 лет после подписания трехстороннего соглашения. Это примерно вдвое меньше времени, чем требовалось на производство Eurofighter Typhoon предыдущего поколения.

    Согласно отчету Financial Times, компания BAE выпускает пресс-формы для 3D-печати, которые будут использоваться для изготовления компонентов из углеродного волокна для Tempest. Эти “инструменты для изготовления пресс-форм” традиционно изготавливаются из стали, и на их изготовление обычными методами обычно уходит 26 недель. Используя аддитивное производство, компания BAE может изготовить готовый инструмент всего за три недели.

     

    В настоящее время производится или собирается половина веса сверхзвукового демонстратора. Фото компании BAE Systems.

    Создавая Tempest, GCAP стремится создать один из самых совершенных, совместимых, адаптируемых и взаимосвязанных истребителей в мире. Он оснащен интеллектуальной системой вооружения, интерактивной кабиной пилота, управляемой программным обеспечением, и встроенными датчиками. Сообщается, что радар следующего поколения будет предоставлять в 10 000 раз больше данных, чем существующие системы.

    По словам BAE, Tempest также станет первым тактическим боевым самолетом британского производства, оснащенным “интегрированным отсеком полезной нагрузки” со времен Blackburn Buccaneer в 1958 году. Кроме того, ожидается, что сверхзвуковой истребитель станет первой летающей платформой с пирамидальной авиационной архитектурой, что повысит его адаптивность. 

    Демонстратор BAE продемонстрирует важнейшие технологии, методы и инструменты, которые будут внедрены в будущую боевую авиационную систему.

    В Уортоне, Ланкашир, пилоты-испытатели из BAE Systems, Rolls-Royce и Королевских военно-воздушных сил (RAF) уже провели более 215 часов на демонстрационном летном тренажере. Хотя демонстрационный самолет Tempest является суверенным проектом Великобритании, извлеченные уроки будут учтены в рамках трехнациональной программы GCAP.

    Япония уже провела испытания своего будущего демонстрационного истребителя Mitsubishi X-2, который поднялся в воздух в 2016 году. Согласно текущим планам, демонстратор BAE, как ожидается, начнет летать в течение следующих трех лет.

    Компьютерная графика новой концептуальной модели боевого самолета следующего поколения от BAE Systems. Изображение компании BAE Systems.

    Истребители с применением 3D-печати 

    Внедряя аддитивное производство для производства реактивных истребителей, западные страны стремятся получить преимущество во все более сложной геополитической обстановке. Однако Россия и Китай также внедрили 3D-печать для расширения своих возможностей по производству военных самолетов.

    Российские военные ранее использовали 3D-печать для модернизации истребителей МиГ-31. Модернизация, проведенная компаниями “ОДК-Пермские моторы” и “ОДК-Стар“, дочерним предприятием государственного концерна “Ростех”, значительно улучшила характеристики двигателей самолета-перехватчика.

    Инженеры компаний “ОДК-Пермские моторы” и “ОДК-Стар”, как сообщается, напечатали на 3D-принтере детали двигателя Д-30Ф6 для МиГ, что позволило вывести его работу на “новый качественный уровень”. Сообщается, что дополнительные исследования и разработки позволяют производить “собственные двигатели”, которые обеспечивают “гораздо более высокие эксплуатационные характеристики”. Ранее Ростех получил лицензию Министерства промышленности и торговли России на серийную 3D-печать деталей для аэрокосмической промышленности. Это произошло после успешного государственного испытания авиационного двигателя, изготовленного на основе присадок.  

    Ранее сообщалось, что китайская Shenyang Aircraft Company (SAC) широко использует 3D-печать при производстве реактивных истребителей. Считается, что технология аддитивного производства позволила создать более легкие и долговечные узлы авиационной техники.

    В 2022 году доктор Ли Сяодань из научно-исследовательского института craft research institute компании Shenyang Aircraft Company рассказал Центральному телевидению Китая (CCTV), что “детали, напечатанные на 3D-принтере, широко использовались на недавно разработанном самолете, который не так давно совершил свой первый полет”. Он добавил, что “мы применяем технологии 3D-печати на самолетах в больших масштабах на инженерном уровне, и мы занимаем лидирующие позиции в мире”.

    Источник

    Аддитивное производство: как бы ничего не забыть?

    От
    -
    0

    Введение

    Проектирование и производство в аддитивной сфере сегодня на волне изменений. Кто-то, проявив дальновидность и настойчивость, успешно ее оседлал, внедряя новые и более прогрессивные инструменты. Другие же становятся свидетелями вспышек революционных изменений, на которые обращают внимание корифеи на конференциях, или конкуренты, внедряющие что-то по-настоящему прорывное с завидным результатом в виде сложной и высококонкурентной продукции.

    Аддитивные технологии, благодаря которым у производственников во всех без исключения отраслях развязались руки в создании продукции с новыми потребительскими свойствами, уже доказали свои супервозможности для тех немногих новаторов с передовыми мыслями. Такие новаторы стали той мощной силой, благодаря которой всё больше промышленников, учёных, медиков и энтузиастов из других сфер вовлекается в торнадо коренных изменений. В числе новаторов, вкусивших и распробовавших «аддитивный плод»: Илон Маск, Кевин Цзингер, Тим Кук, Карл Фрут, Александр Шмитц и другие.

    Уже многим становится очевидно, что аддитивное производство само по себе пока ещё не воспринимается и не готово развиваться как самодостаточное направление. Для него, ввиду несовершенства качества поверхностей и тела напечатанных деталей, ещё долгие годы верным соратником будут субтрактивные технологии, технологии формовки, раскроя, гибки, которые всегда придут на помощь. Тысячи лет развития различных технологических решений даже с появлением цифры не могут одномоментно закрыть наработанный опыт и полностью передать его «сопернику». Поэтому необходимо понимание того, что сегодня речь идет не о противопоставлении аддитивных технологий традиционным, а о синергии, и чем она более тесная и осознанная, тем более повторяемым и надёжным будет результат.

    Рынок аддитивного производства в России уже значительно развился, но не гармонизировался. И именно это сегодня вызывает наибольшую озабоченность как среди визионеров и менторов, так и среди руководителей предприятий, для которых стремление к новациям часто разбивается о крутые скалы недостаточной компетенции интеграторов, сложности внедрения, отсутствия гарантии получения быстрого и надёжного результата. Стоит ли переживать на этот счёт? Как часто происходит на растущих рынках, на первых стадиях их формирования действительно налицо быстрая «накачка» оборудованием и компаниями. В России сфера 3D-печати, несмотря на свой 30-летний опыт, всё ещё находится на пути становления. Обилие интеграторов и интернет-магазинов только усложняет поиск наиболее адекватного задачам завода, бюро или клиники решения, ведь среди множества представленных брендов и красивых презентаций нужно сделать правильный выбор, который не разочарует и приведёт к заявленному результату в согласованный срок.

    И вот здесь мы с вами подходим к самому важному. Заказчику будет гораздо спокойнее тогда, когда он будет хорошо понимать возможности технологий, сам технологический процесс, знать перечень основного и вспомогательного оборудования, программного обеспечения для осуществления полного цикла работ. Это звучит тривиально для опытных интеграторов, это может быть вызовом для создателей молодых, но амбициозных компаний (подумаешь, скажут они, мы окончили ведущий вуз страны и не с такими вопросами разбирались). Но вот для конечного пользователя недостаток таких знаний чреват головной болью и риском не уложиться в запланированный бюджет и сроки выпуска нового продукта, или проиграть в его качестве.

    Как же помочь ему избежать потерь, как придать ему уверенности на новом для него поле, коротко и ясно очертить основные нюансы, влияющие на получение конечного результата? Подспорьем может быть исчерпывающее руководство по подбору всего комплекса программно-аппаратных средств с максимальным и минимальным оснащением того типа производства, которое хочет развить у себя заказчик. Мы представляем вам цикл статей из серии «Аддитивное производство: как ничего не забыть?», который впоследствии мы планируем облечь в книжный интерактивный вид. Приглашаем всех экспертов, чувствующих в себе силы, присоединиться к нашему проекту. Освещать мы планируем все основные и смежные технологии, программное обеспечение, присутствующие сегодня в России, которые в симбиозе позволяют создать быстрое производство высокосложной продукции.

    Напишите нам на почту chief_editor@industry3d.ru направление, которое вы хорошо знаете и сможете нас проконсультировать. Все эксперты и их компании обязательно будут перечислены в книге. Книга станет ценным подарком для заказчиков, будет способствовать росту их рядов, укрепит имиджевую составляющую поставщика, значительно повысит зрелость российского рынка.

    Ссылка на участие в опросе.

    Имплантаты на страже здоровья

    От
    -
    0

    Успехи хирургии сегодня во многом должны быть благодарны развитию различных инновационных технологий. Для чего нужны инновации? Конечно же, для упрощения, удешевления, возможности спроектировать и произвести то, о чём раньше можно было только мечтать. Аддитивные технологии на этом фоне заметно выделяются, поскольку в их ДНК навечно вшит ген уникальности, направленный на индивидуальный подход к субъекту (если мы говорим о широком потребительском сегменте), или пациенту (если обсуждаемая сфера – здравоохранение).

    И сегодня многие проблемы медицины успешно решаются в том числе благодаря возможностям аддитивного производства (АП). Рассмотрим опыт компании Implantcast GmbH, которая прочно зарекомендовала себя в этом. Её история началась в 1988 году. Тесное сотрудничество между имплантологами и университетскими больницами, а также другими исследовательскими организациями по всему миру со временем помогло ей преуспеть в удовлетворении постоянно меняющихся клинических, юридических и нормативных потребностей рынков. В компании активно используется точное литьё на основе восковых моделей, с помощью которых производится около 300 000 сложных имплантатов в год, соответствующих всем национальным и международным стандартам. Также механообработкой в год получают около 230 000 высокоточных имплантатов из титанового сплава, сплава CoCrMo, сплава нержавеющей стали и даже полиэтилена. Для этой цели используется более 50 металлорежущих станков.

    В 2014 году к традиционным методам производства – литью и механообработке добавились и аддитивные технологии. С целью достичь высокой ценности и удобства там ориентировались на лучшие практики и стали использовать технологию синтеза на подложке с электронно-лучевым плавлением (ЭЛП). Традиционные технологии ожидаемо давали серийность и относительно невысокую сложность деталей, а персонал компании привык к сборочным операциям, принимая их как должное. АП изменило мышление и расклинило процесс разработки на две части: простые среднесерийные изделия и уникальные сложные с единичным выпуском.

    Image

    Рис. Скан таза эндопротеза, и спроектированная модель эндопротеза под 3D-печать (Implantcast GmbH)

    Итак, для того, чтобы АТ заработали в полной мере в индивидуальном аспекте, в компании начали пользоваться данными сканирования каждого пациента. Точное понимание дефектных участков из мягких тканей и/или костей позволяет столь же точно спроектировать, и впоследствии изготовить требуемые имплантаты. Кроме того, эти технологии могут значительно ускорить время изготовления (особенно для индивидуальных протезов), предложить высокую степень свободы проектирования. А также включить пористые и градуированные структуры, которые обеспечивают высокую степень первичной стабильности и вторичной фиксации к кости.

    Image

    Рис. Напечатанный по технологии ЭЛП из TiAl6V4 и постобработанный тазовый эндопротез (Implantcast GmbH) 

    Для технологии ЭЛП используются обработанные цифровые данные, получаемые после сканирования проблемных участков тела пациента. Работы чаще всего производятся на титановом сплаве Ti6Al4V и малом слое в 50 мкм, что в совокупности позволяет получать сложные имплантаты достаточно высокого качества. В компании методом проб и ошибок добились удачного сочетания пористых поверхностей имплантатов и покрытий для ускоренной остеоинтеграции (врастания) костной ткани в них (без протекания гнойно-воспалительных процессов в тканях). Компоненты, подкреплённые технологией, которые удалось разработать, были запатентованы и названы EPORE. Необходимая пористость EPORE в 60% обеспечивается тонкими стержнями в ячейках диаметром от 330 до 390 мкм, обеспечивая низкий модуль упругости 3 ГПа. Сравните с губчатой костью, у которой пористость составляет 30-90%, трабекулярный диаметр – от 0,1 до 0,2 мм, а модуль упругости – от 0,5 до 1,5 ГПа.

    В Implantcast GmbH очень внимательно следят за качеством на каждом этапе, удовлетворяя требования не только чертежей и других спецификаций, но и всех остальных стандартов.

    Image

    Рис. Эндопротезирование тазового протеза на хирургическом столе (Implantcast GmbH)

    А что представляет собой сегодня эта сфера в наших отечественных реалиях? В России, как и в мире, эндопротезирование имеет большой потенциал для роста. До недавнего времени пациенты с соответствующими проблемами старались по возможности попасть в лучшие клиники Турции, Испании, Германии и Израиля. Импорт продукции в Россию сегодня или затруднён, или попросту невозможен. В любом случае очень высокая цена на иностранные ацетабулярные чаши, ножки, сложные эндопротезы просто обязывает обратиться к опыту российских компаний, обладающих соответствующим оборудованием. Как одно из удачных применений АТ для эндопротезирования можно отметить работу НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова, специалисты которого вместе с коллегами из питерской компании «Остконнект» ещё в 2020 году разработали, произвели имплант и провели сложнейшую операцию по замене тазового кольца с тазобедренным суставом. В центре НМИЦ осуществляют в том числе реконструкцию костей предплечья, лучезапястного сустава, бедренной кости.

    Image

    Рис. Замена 3D-печатным имплантатом (технология L-PBF) тазового кольца (НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова)

    Лаборатория аддитивных технологий и биоинжиниринга в научно-производственном центре медицинских изделий Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) также ведёт активную работу по проектированию и печати имплантатов на двух своих L-PBF принтерах из чистого титана и титановых сплавов. Представьте, что на весь цикл изготовления индивидуального имплантата у них уходит в среднем всего одна неделя. А облегчает выполнение задач наше законодательство, которое даёт послабление для производства единичных индивидуальных имплантатов — для них не требуется сертификация, в отличие от серийного производства.

    Image

    Рис. Чашка ревизионная Multi-hole Elliptical (ЛОГИКС МС)

    Компания «ЛОГИКС Медицинские системы» производит титановые имплантаты на базе технопарка новосибирского Академического городка. Руководство компании прогнозирует в 2024 году увеличение операций с их продукцией до двух тысяч. Гордость ЛОГИКС МС – стопроцентная приживаемость их имплантатов, что обеспечивается серийным производством высочайшего качества с применением АТ.

    «Самое главное, что они сделали 3D-печать реальным бизнесом. Это очень технологично и полностью оцифровано, общение между заказчиком и исполнителем происходит практически в автоматическом режиме, и заказчик сразу передаёт задание на принтер», — прокомментировал генеральный директор технопарка Дмитрий Верховод.

    Разработчик и производитель ко́мплексных решений на основе АТ и 3D-сканирования – компания AM.TECH, ориентируясь на запросы завтрашнего дня, осознанно запустила линейку своего ЭЛП/E-PBF оборудования для более рентабельного производства индивидуальных имплантатов и серийных изделий.

    Image

    Рис. Серийное печать ацетабулярных чаш по технологии E-PBF (ООО «СПИН»)

    «Преимущество электронно-лучевых E-PBF-принтеров по отношению к лазерным L-PBF состоит в минимальном количестве поддерживающих структур, отсутствии напряжений, загрязнений и примесей в изделиях за счёт печати в вакууме, а также возможности печати всего объёма камеры построения. Пока рынок подобного оборудования в России работает на минимальных оборотах ввиду достаточно высокой стоимости поставок оборудования одного из ушедших монополистов. Но сегодня ситуация в корне меняется, появляются альтернативные производители из Китая и России, обладающие теми же возможностями, но заметно более привлекательные по инвестициям. Совокупность возможностей E-PBF и лучшая доступность, чем предлагают европейские и американские производители, позволяет говорить о ренессансе, чем мы и собираемся воспользоваться в полной мере на оборудовании нашего центра аддитивного производства», — поделился своими соображениями собственник, генеральный директор и учредитель ООО «СПИН» Евгений Копылов.

    Сегодня уже с полной уверенностью можно сказать, что некоторые из российских интеграторов АТ, разработчиков аддитивных комплексов должны и даже обязаны интегрироваться в медицинское сообщество и на приемлемых для обеих сторон условиях производить уникальные изделия, не прибегая к сложному и дорогостоящему импорту. И тогда у россиян появится альтернатива к почти невозможному сегодня лечению за рубежом.

    1...181920...110Страница 19 из 110

    Популярные Новости

    Популярные блоги

    Популярные категории

    О нас

    INDUSTRY3D – это медиапортал, предоставляющий объективную и актуальную информацию в области аддитивных технологий и 3D-решений в виде новостей, авторских статей, трансляций мероприятий, блогов, обзоров и многого другого.

    Подписывайтесь

    Регистрационный номер: ЭЛ №ФС 77 - 83125
    Учредитель: ООО "АЙ 3Д"
    Главный редактор: Рекимчук Виктор Максимович
    Почта: info@industry3d.ru
    Телефон редакции: +7 (495) 108-1838

    Зарегистрировано федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 26.04.2022 года.

    © Индустрия3Д, 2019—2025