Пятница, 12 сентября, 2025
spot_img
    Пятница, 12 сентября, 2025
    Домой Блог Страница 30

    Что нужно драйверу для драйва

    Еще несколько лет назад многие владельцы и руководители успешных российских частных промышленных компаний на вопрос о желательных для них мерах государственной поддержки вполне искренно отвечали, мол, да не надо нам помогать, лучше всего, если просто мешать не будут! В такой парадигме развивалась в предыдущие более благополучные годы и отечественная аддитивка. Шаг за шагом расширяли спектр выводимых на рынок АТ, укреплялись в своих нишах,постепенно (может быть, слишком постепенно!) преодолевая скепсис и инерцию клиентов. Отставание от мировых лидеров – первопроходцев в этой сфере воспринималось как естественное и казалось в перспективе вполне преодолимым. А известные проблемы новой отрасли, прежде всего в сфере стандартизации и сертификации, на тот момент еще не ощущались как критичные.

    За последние два года ситуация значительно изменилась. Спрос на продукцию 3D-печати в B2B в условиях утраты отечественными производителями доступа к сервисному обслуживанию и технической документации на оборудование от ряда зарубежных поставщиков резко возрос. Да и не одним цифровым обратным проектированием, зачастую спасающим производства от длительных простоев, а то и от закрытия, сегодня интересны АТ российской перерабатывающей промышленности. Всё более востребованы отечественные 3D-принтеры, 3D-сканеры и другое аддитивное оборудование. А у самих аддитивщиков проблем прибавилось, с недавнего времени – еще и из-за санкций.

    А всё вместе это значит, что отечественная АТ-сфера и государство стали намного нужнее друг другу. В аддитивном сообществе теперь уже предметно говорят о том, какие меры  государственной поддержки отрасли необходимы для того, чтобы она не просто выжила, но и выполняла роль драйвера роста экономики, как это происходит во всех ведущих странах мира. И при этом подчеркивают важность того, чтобы все планы и все решения в этой сфере разрабатывались с активным участием основных игроков отраслевого рынка, а также собственную готовность действенно поддерживать все новации.

    Своим взглядом на эту проблему с нами поделился директор по развитию и GR «НПО «3DИнтеграция» Василий Панкратьев.

    Image

    Государственная поддержка важна и сегодня как никогда актуальна для российских компаний, развивающих аддитивные технологии, разрабатывающих и выпускающих для этой сферы оборудование, материалы и софт.  И прежде всего – для частных компаний, динамичных, мобильных, эффективных, нацеленных на результат во всех смыслах.Причем, государству здесь даже нет нужды изобретать собственную модель велосипеда, достаточно обратиться к опыту стран, чьи аддитивные компании задают тон на мировом рынке этой отрасли. Кстати, вот вам ключевое отличие в подходах к господдержке аддитивки в развитых странах: там АП – это полноценная отрасль, ее развитие – один из приоритетов промышленной политики, под нее выделяются огромные ресурсы, разрабатываются стратегии развития. Уверен, что и в России выделение развития АТ в отдельное приоритетное направление должно стать первым шагом к решению проблем этой отрасли и раскрытию ее потенциала драйвера роста экономики.

    Аддитивки, причем, качественной и доступной как в смысле цены, так и в плане логистики,  в стране должно быть много. И в этом смысле тоже есть чему поучиться у продвинутой заграницы, где уже успешно работает множество аддитивных заводов. Там серийно выпускаются промышленные 3D-принтеры, а рядом, в соседнем цехе, стоят эти же принтеры, на которых выполняются заказы клиентов. И когда в такой центр приезжает потенциальный покупатель, он может на месте ознакомиться с работой выбранной им модели машины. Мы в «НПО «3D‑Интеграция» вдохновились этой идеей и к настоящему моменту в компании уже создан инвестиционный проект, в рамках которого будет начато строительство первого в России большого завода по производству 3D-принтеров и изготовлению изделий аддитивным способом. Возможно, этому примеру потом захотят последовать и другие крупные игроки отечественного рынка АТ. И для стимулирования таких инициатив государственная поддержка на всех первых этапах – от выбора производственной площадки до запуска серийного производства – была бы очень актуальной. Еще один наш проект, который можно было мы с помощью государства масштабировать во всех регионах, – создание аддитивных центров. Такие центры могут делиться по сегментации, то есть быть заточенными на выполнение услуг для разных отраслей промышленности. Ведь в каждом из регионов страны – разные потребности пула местных градообразующих и просто крупных компаний. И местные аддитивные центры смогут  обеспечивать им дополнительные возможности в части АТ-решений. Много общаясь сегодня с промышленниками из регионов, где мы планируем создать свои центры, убеждаюсь, что они будут очень востребованными. При этом общее пожелание их будущих клиентов: центры должны обеспечивать именно полную готовность деталей, включая постобработку. А значит, такие центры необходимо оснастить оборудованием, позволяющим выпускать детали в малых сериях, либо прототипы деталей – но под ключ. И детали на выходе из 3D-принтеров должны здесь же проходить постобработку, доводиться на традиционном обрабатывающем оборудовании до полной готовности.

    Ведя переговоры в  регионах, где планируется создать эти центры, мы, в свою очередь, настаиваем, чтобы они не менее чем на 50% были оснащены российским оборудованием. Это тоже должно стать своего рода поддержкой отечественных производителей 3D-принтеров, сканеров, материалов и софта для АТ. Господдержка аддитивным центрам/пользователям АТ также может выражаться в субсидировании закупок российского аддитивного оборудования до 75%, нероссийского — 25% для любой компании: коммерческой и государственной. А еще – в налоговых преференциях и, например, в предоставлении на 2 – 3 года в безвозмездное пользование производственных площадок под выпуск серийного промышленного АТ-оборудования. А затем уже брать арендную плату с вставшей на ноги компании. Также видится целесообразным создание венчурного фонда развития АТ, который вкладывал бы средства в развитие аддитивных центров, центров импортозамещения, центров обратного проектирования, центров коллективного пользования, использующих аддитивное оборудование за долю в бизнесе. Но при обязательном условии, парк оборудования этих центров и заводов должен быть не менее чем на 50% отечественным.

    Еще одно назначение подобных центров – они могут стать площадкой для производственных практик и стажировок студентов местных технических вузов и колледжей, обучающихся специальностям инженеров-конструкторов, способных проектировать изделия под АТ, и операторов АТ-оборудования.

    Хронически больная тема для нашей сферы – существующие барьеры в части сертификации материалов и паспортизации самих изделий АП. Для их снятия, как нам представляется, прежде всего нужно создать межотраслевые ГОСТы на материалы для АТ, чтобы конструкторы могли их закладывать в создание изделий. Целесообразно сформировать экспертные группы с обязательным привлечением межотраслевых институтов. Экспертам необходимо определить наиболее востребованные материалы, выработать систему и правила тестирования материалов, определить бюджет, получить финансирование данного проекта, провести тесты (за деньги), создать по итогу ГОСТы.

    После чего под эти ГОСТы необходимо проводить конкурсы для компаний‑производителей, которые могут принять участие в субсидированной государством программе паспортизации. Производители должны доказать по установленным программам испытаний наличие у них повторяемых серий и взять на себя обязательства (вплоть до финансовых) обеспечивать возможность поставок этих серий в течение минимум 5–10 лет. В такой программе могли бы участвовать любые новые компании, как российские, так и выходящие на российский рынок зарубежные. Система должна оставаться открытой и работать длительное время.

    Следующий шаг: эксперты отбирают 5–10 доказавших свою надежность и эффективность материалов, которые закрывали бы 80% потребностей рынка и должны быть субсидированы на паспортизацию для устройств, прошедших квалификацию по повторяемости. Расходы на паспортизацию – дело государственное. Таким образом увеличится возможность для отрасли получать доступ к лучшим по качеству решениям. Система субсидированной паспортизации должна работать долго и быть открытой. Причем, субсидия могла бы быть и частичной, даже 50/50 было бы достаточно, чтобы сдвинуть все с мертвой точки.

    Чтобы удешевить процесс паспортизации, между отраслями целесообразно создать систему принятия протоколов испытаний. Паспортизованные материалы и устройства в одной отрасли могли бы проходить сертификацию в другой по ускоренной процедуре. Тогда субсидировать пришлось бы в разы меньше, а паспортов соответствия было бы в разы больше.

    Нужно также создать открытый реестр паспортов, чтобы те, кому нужны для чего‑то материалы, могли бы выбрать из этого отрытого списка, а не просто размещать снова и снова запросы в отраслевых институтах на паспортизацию. Это позволило бы во многих случаях не тратить время и деньги на сертификацию новых материалов, а пользоваться уже тем, что есть, пусть иногда даже слегка меняя технические условия на требуемые материалы.

    Хорошим решением стало бы создание независимого сертификационного центра специально для АТ, который бы полностью финансировался государством и сертификаты и паспорта которого принимались бы во всех отраслях (авиация, космос, энергетика, судостроение и пр.).

    Все знают, что после паспортизации материала для создания ответственных деталей требуется сертификация под конкретное изделие, особенно в случае его особой ответственности. Прежде всего правильнее было бы не все детали считать особо ответственными и разделить их на группы. Выделить те детали, которые не требуют дополнительной сертификации, а могут изготавливаться при наличии паспорта.

    Сама сертификация «материал – устройство – деталь» в случае ответственных деталей должна обязательно субсидироваться. В итоге в течение одного, максимум двух лет мы могли бы получить большой список материалов и устройств, которые могли бы изготавливать сложные детали и целые узлы для многих отраслей промышленности.

    Всё это могло бы значительно повысить инвестиционную привлекательность отрасли. Сильные российские производители, у которых покупают большое количество машин, могли бы самостоятельно развиваться и конкурировать с западными и китайскими производителями. Они могли бы выходить на международные рынки, имея производства в РФ, а не думать о переводе своих производств за границу. Можно было бы выиграть конкуренцию с Китаем и Арабскими Эмиратами и привлекать внутрь России производства из других стран. В итоге мы бы не только развили аддитивную отрасль и обеспечили реальное импортозамещение, но и внесли бы ощутимый вклад в обеспечение технологического суверенитета страны и повышение конкурентоспособности российской промышленности в целом.

    Аддитивное производство в современном двигателестроении

    Проект LeiMot

    Современные бензиновые и дизельные двигатели для легковых автомобилей, выполненные полностью из алюминия, оптимизированы по стоимости и весу с использованием новейших традиционных технологий производства.

    В последние годы соотношение веса и мощности этих двигателей стало асимптотическим. Оно приближается к 1,1 кг/кВт для трех- и четырехцилиндровых двигателей [1].

    Такое поведение отражает баланс между свойствами материала, профилем нагрузки и использованием конструкции при заданных граничных условиях производства двигателя.

    Это показывает, что дальнейшего существенного снижения веса при использовании традиционных методов производства ожидать не приходится. Переход производственного процесса на метод лазерного наплавления в порошковом слое (LPBF/SLM) позволяет еще больше снизить вес при использовании тех же или аналогичных материалов и профилей нагрузки.

    В рамках проекта LeiMot (Leichtbau Motor) (облегченный мотор, от нем. Leicht – легкий – прим.ред.), который спонсируется Федеральным министерством экономики и технологий Германии (BMWi) под руководством FEV Europe, были разработаны головка блока цилиндров и картер двигателя для процесса LPBF.

    Дизельный агрегат был выбран из-за его более высокой механической грузоподъемности (Volkswagen 2,0-l TDI, EA288 evo). Компоненты были разработаны в соответствии с концепцией замены.

    Для компонентов, изготовленных с использованием аддитивного производства (далее АП), был использован порошок AlSi10Mg, который является наиболее часто используемым алюминиевым сплавом в АП. Более высокая степень свободы при проктировании конструкции для АП была использована не только для снижения веса, но и для улучшения работы двигателя.

    При разработке концепции двигателя LeiMot граничные условия АП для проектирования головки блока цилиндров и картера последовательно соблюдались от концепции до производственного процесса, включая опорные конструкции, ориентацию и последующую обработку [2].

    Кроме того, в качестве цели было определено использование процесса термореактивного литья под давлением. Чтобы использовать его разумно, необходимо было разработать подходящую концепцию картера. Доступным материалом является волокнистый композитный пластик (FRP) на основе фенольной смолы, армированной стекловолокном.

    Концепция компонентов

    Первоначально головка блока цилиндров и картер были разобраны на их функции. Таким образом, каждая функция может быть проанализирована с самого начала, а их компоновка может быть адаптирована в соответствии с заданными требованиями. Одним из основных требований концепции была перекрестная совместимость между головкой блока цилиндров LeiMot и базовым картером Volkswagen. Кроме того, необходимо было сохранить важные интерфейсы и компоненты эталонного двигателя, особенно коленчатый вал и клапанный механизм, а также компоненты газообмена.

    При соответствующей методологии проектирования такие функции, как охлаждение, смазка и обмен нагрузками, могут быть выполнены из материала с толщиной стенок 2 мм и даже ниже. Стенки и перемычки решетчатых конструкций также могут быть спроектированы с толщиной значительно ниже 2 мм. По сравнению с традиционными процессами литья, это позволяет использовать стенки различной толщины в соответствии с нагрузкой, не создавая связанных с процессом недостатков в конструкции.

    Головка блока цилиндров

    Вначале основное внимание уделялось общей конструкции головки блока цилиндров для безопасной эксплуатации в зонах с высокими механическими нагрузками. Изгибающая нагрузка возникает в основном в результате самого процесса сгорания, в то время как весь двигатель подвергается нагрузкам на кручение.

    Результатом этого анализа стало сочетание двутавровой балки (IPB) со встроенным закрытым профилем для конструкции, которую также можно найти в окончательном проекте головки блока цилиндров, Рис. 1 [3].

    Новая головка блока цилиндров имеет вес 8,5 кг, что на 22% легче эталонной головки блока цилиндров.

    Рис.1 – Конструктивная схема головки блока цилиндров (© FEW)

    Блок цилиндров и опорная плита

    Картер концептуально оснащен горизонтальными опорными конструкциями между объемными головками. Открытые конструкции получили повышенную жесткость за счет поперечных ребер жесткости рядом с другими локальными функциональными элементами, такими как каналы для воды или масла, которые также способствуют жесткости. Кроме того, переборки оснащены облегченными трубообразными конструкциями, которые закрывают балансировочные валы по всей длине картера.

    Рис.2 – Блок цилидров проекта LeiMot (© FEV)

    роме того, конструкция с глубокой юбкой эталонного двигателя была изменена на конструкцию с короткой юбкой и алюминиевой опорной плитой по соображениям веса и жесткости.

    Алюминиевая опорная плита заменяет тяжелые стальные крышки основных подшипников, одновременно придавая жесткость нижней части картера. Это приводит к снижению веса примерно на 2 кг по сравнению с аналогичной секцией картера со стальными крышками основных подшипников.

    Основные траектории нагрузки были определены с помощью топологической оптимизации, которая позволила реализовать полости или соответствующие решетчатые конструкции во внешних областях с низким напряжением, таких как переборки или фланцы головки блока цилиндров, Рис. 2. Эти исследования являются основой граничной оптимизации под воздействием тепловых и механических нагрузок. В ходе проекта будут проведены дальнейшие исследования.

    Конструкция головки блока цилиндров и опорной плиты картера были подтверждены с помощью CAE. Применение критериев серийного производства было обязательным.

    Чрезвычайно легкая конструкция требует точного знания свойств материала во время компоновки и расчета. Из-за его особой микроструктуры существуют значительные различия между механическими свойствами деталей, изготовленных с использованием АП, и классических (серийных) литых деталей [4]. Поэтому были напечатаны тестовые образцы, чтобы исследовать анизотропные механические свойства при различных температурах. Полученные результаты затем были использованы в расчетах.

    Использование решетчатых/сетчатых структур для обеспечения механических свойств, Рис. 2, значительно увеличивает сложность модели конечных элементов (Finite Elements, FE), что приводит к очень длительному времени расчета. По этой причине решетчатые структуры в глобальной модели были заменены упрощенными элементами, которые представляют те же механические свойства, что и используемые решетчатые структуры.

    Охлаждение

    Концепция охлаждения с поперечным потоком была разработана для равномерного охлаждения каждого цилиндра. Цель системы охлаждения головки блока цилиндров – обеспечить целенаправленное охлаждение каждого цилиндра при одновременном уменьшении объема воды, что приводит к сокращению продолжительности прогрева из-за меньшей тепловой инерции при холодном запуске. Поэтому вводятся отдельные трубки определенного диаметра (охлаждение артерий), охватывающие кольца седла клапана и вал инжектора, Рис. 3. Благодаря этому вводимое тепло отводится непосредственно в горячих точках и транспортируется с высокой скоростью потока. Положительным побочным эффектом отдельных труб является увеличение жесткости камеры сгорания по сравнению с водяной рубашкой большего объема.

    Для обеспечения достаточного охлаждения вокруг выпускных отверстий при меньшем объеме охлаждающей жидкости была использована водяная рубашка толщиной 5 мм, Рис. 3. Кроме того, такая компоновка обеспечивает достаточное охлаждение вокруг высоконагруженных направляющих клапанов со стороны выпуска. Сравнительный термический анализ FE показал, что температуру в зоне камеры сгорания головки блока цилиндров можно снизить до 40 °C с помощью того же водяного насоса, Рис. 4. Чтобы вернуть температуру стенок камеры сгорания к исходному уровню, можно уменьшить расход и, следовательно, мощность насоса. Даже при снижении общего расхода охлаждающей жидкости через головку блока цилиндров и картер на 40% максимальная температура стенок по-прежнему намного ниже, чем у эталонного двигателя с обычной водяной рубашкой

    Рис.3 – Водяная рубашка LeiMot (© FEV)

    Рис.4 – Распределение температуры на поверхности камеры сгорания (слева) и скорости потока внутри водяной рубашки головки блока цилиндров (справа) без снижения расхода при номинальной мощности ( © FEV)

    Для улучшения охлаждения картера и достижения равномерного распределения температуры по цилиндрам, в качестве промежуточного охлаждения между цилиндрами были реализованы овальные охлаждающие каналы размером 2 × 3 мм (ширина × высота). Кроме того, в водяную рубашку встроены оптимизированные для потока решетчатые конструкции, Рис. 3.

    Решетчатые конструкции увеличивают площадь теплопередачи, улучшают направление потока охлаждающей жидкости и жесткость гильзы цилиндра. Улучшенное охлаждение гильзы цилиндра за счет включения охлаждения между отверстиями в сочетании с опорной решетчатой конструкцией приводит к относительно равномерному профилю деформации гильзы во время работы двигателя и, следовательно, создает потенциал для снижения трения и продувки.

    Масляный контур

    Основной акцент в концепции масляного контура был сделан на снижении потерь давления, чтобы обеспечить преимущества при нормальной эксплуатации и при холодных пусках.

    АП позволяет реализовать новую компоновку масляных каналов без каких-либо острых краев, Рис. 5. Масляные каналы диаметром от 3 до 8 мм внутри головки блока цилиндров и картера были спроектированы для 3D-печати. Использование изогнутых каналов и плавных переходов поперечного сечения в системе металлической печати позволяет снизить потери давления примерно на 22%.

    Рис.5 – Система смазки ( © FEV)

    Подача масла в компоненты клапанного механизма улучшена благодаря новой конструкции магистрального трубопровода подачи и главной галереи внутри головки блока цилиндров. Они препятствуют сливу масла в нерабочее время благодаря встроенному сифону, Рис. 5.

    Первоначальные топологические исследования показали, что картер с полыми перегородками обладает достаточной конструктивной жесткостью. Конструкция была соответствующим образом скорректирована таким образом, чтобы полые части картера можно было использовать в качестве каналов возврата масла.

    Изоляция выпускного отверстия

    Свобода проектирования для АП позволяет создавать различные конструкции, пригодные для печати. Основной идеей показанного изолированного выпускного отверстия было целенаправленное расположение элемента теплоизоляционной решетки, снижающего тепловой поток, который можно комбинировать с воздушным зазором, Рис. 6.

    Это приводит к уменьшению теплового потока от выхлопных газов в охлаждающую жидкость двигателя. Данная система снижает тепловой поток примерно на 5% при номинальной мощности. Это обеспечивает более короткий период прогрева системы доочистки выхлопных газов и более высокую температуру на входе в турбину.

    Рис.6 – Система изоляции выпускного отверстия ( © FEW)

    Распределение конструкции стойки было оптимизировано с целью обеспечения максимальной температуры стенок выпускного отверстия в пределах материала, обеспечивая при этом равномерное распределение температуры стенок по всему выпускному отверстию. Максимальная температура стенок достигает около 200 °C, что находится в пределах допустимых значений для материала.

    Крышки головки блока цилиндров

    В гибридной конструкции из алюминия и пластика боковые стенки впускной и выпускной частей картера были изготовлены партнером Fraunhofer ICT из высокопрочного композитного материала, армированного волокнами. Пластмассовые компоненты большого объема изготавливаются методом литья под давлением из формовочных смесей, армированных стекловолокном из фенольной смолы. Из-за его меньшей плотности, химической стойкости к маслу и гликолю, хороших механических свойств даже при высоких рабочих температурах и низкой ползучести в качестве материала был выбран термореактивный пластик [5].

    Основное внимание уделяется облегченной конструкции с высокой степенью функциональной интеграции в конструкции боковых стенок из термореактивного материала. В дополнение к крашкам картера, в конструкции интегрированы каналы охлаждающей жидкости, насос охлаждающей жидкости с механическим приводом и масляный фильтр, маслоохладитель и модуль распределения охлаждающей жидкости.

    Благодаря боковым крышкам, изготовленным из формовочных составов из фенольной смолы, армированной стекловолокном, картер LeiMot примерно на 15% легче по сравнению с полностью алюминиевым картером.

    Для герметизации холодной стороны был использован клей на основе силикона. Благодаря более высокому относительному удлинению при разрушении по сравнению с другими клеями можно компенсировать различные характеристики термического расширения термореактивного пластика и алюминия.

    Боковая крышка из термореактивного пластика с холодной стороны крепится непосредственно к картеру саморезами. Для улучшения характеристик NVH (Noise, Vibration, and Harshness прим. ред.) термореактивная крышка с горячей стороны (сторона выхода выхлопных газов) крепится к картеру с помощью виброизолирующих элементов. Эти элементы крепятся болтами к алюминию и удерживают термореактивную крышку прижатой к картеру с помощью эластомера. Для картера предусмотрено уплотнение из эластомерного профиля. Применение различных методов соединения с горячей и холодной стороны позволяет сравнить оба метода соединения на прототипе LeiMot. Используемые методы проверяются путем моделирования и предварительного тестирования.

    Акустика

    При эксплуатации двигателя возникает фундаментальная проблема, типичная для проектов с облегченным дизайном, из-за более высоких амплитуд колебаний локально более слабых конструктивных элементов.

    Динамические расчеты конструкции показали, что требуется повышение жесткости картера при кручении и сдвиге. По этой причине оценки NVH проводились непрерывно и итеративно с учетом конструктивных аспектов и расчетов долговечности, начиная с первоначальной концепции двигателя [6].

    Картер LeiMot имеет повышенное излучение над клапанной крышкой и масляным поддоном, где всегда происходит основное акустическое излучение двигателя внутреннего сгорания. Следует отметить, что новые боковые крышки картера не увеличивают звуковое излучение в воздухе.

    Исследования показывают, что разница между отсоединенной и жестко прикрепленной крышкой незначительна. Выраженных резонансов возникнуть не может. Излучение клапанной крышки и масляного поддона остается доминирующим.

    Преимущество в весе более чем на 21% контрастирует с повышением уровня шума на 2,3 дБ (А). Основные характеристики слегка повышаются за счет уменьшения веса (кручения). Благодаря ребрам жесткости между переборками и решетчатой трубчатой конструкции вокруг балансировочных валов дополнительный режим сдвига можно настроить таким образом, чтобы уровень на частоте 1100 Гц оставался в пределах полосы рассеяния.

    Выводы и заключения

    Новые методы производства, такие как LPBF (SLM), позволяют реализовать дополнительные возможности снижения веса. В рамках проекта LeiMot вес головки блока цилиндров и картера был снижен примерно на 21% по сравнению с новейшим 2,0-литровым дизельным двигателем Volkswagen EA288 evo.

    В дополнение к снижению веса, проект LeiMot предлагает возможности для повышения эффективности за счет уменьшения мощности насоса охлаждающей жидкости и масляного насоса, уменьшения трения в группе поршень/гильза, снижения выбросов при холодном запуске и увеличения мощности турбины турбонагнетателя за счет изоляции выпускных отверстий.

    В 2021 году планируется изготовить пять прототипов LeiMot и провести механические и термодинамические испытания.

    Проект LeiMot способствует демонстрации конструктивных возможностей новых технологий производства. Кроме того, он должен вдохновить на новые методы разработки двигателей внутреннего сгорания и не только.

    В краткосрочной и среднесрочной перспективе крупносерийные АП-компоненты, такие как те, что разработаны в рамках проекта LeiMot, пока не смогут конкурировать с традиционными методами производства в сегменте массового рынка. Сегодня аддитивное производство небольших компонентов уже внедрено вплоть до серийного производства в небольших количествах.

    Традиционные технологии производства смогут извлечь выгоду из возможностей аддитивного производства. Возможным подходом было бы создание филигранных структур, как при охлаждении LeiMot, для песчаных стержней и внедрение их в обычный процесс литья. Еще одним способом могло бы стать использование в будущем гибридных решений, сочетающих аддитивное и традиционное производство.

    Список источников:

    [1] Bey, R.; Bick, W.: Advanced Light Weight Combustion Engine Concept for Passenger Car Application. Light Weight Composite Solution Conference, Gent, 2018

    [2] Kranz, J.: Methodik und Richtlinien für die Konstruktion von laseradditiv gefertigten Leichtbaustrukturen. Hamburg, Technische Universität Hamburg-Harburg, Dissertation, 2017

    [3] Büchau, N.; Bick, W.; Bey, R.; Rauschen, R.: Entwicklung eines Zylinderkopfs unter den Möglichkeiten der additiven Fertigung. 8th VDI-Fachtagung Ventiltrieb und Zylinderkopf, Würzburg, 2019

    [4] Zygula, K.; Nosek, B.; Pasiowiec, H.; Szysiak, N.: Mechanical Properties and Microstructure of AlSi10Mg Alloy Obtained by Casting and SLM Technique. AGH University of Science and Technology, 2018

    [5] Berg, L.: Phenolharzspritzgießen – Anwendungen in modernen PKW Antriebsstrangkomponenten. VDI Conference Hochleistungskunststoffe in der Anwendung, Berlin, 2017

    [6] Nussmann, C.; Steffens, C.; Atzler, M.: Modern Tools and Methods for Low Noise Engine Development. ISMA Conference, Leuven, 2010

    Источник

    LEAP71 – во имя будущего

    0

    Не раз еще читатели нашего медиапортала увидят в наших материалах набирающий популярность термин стандарта проектирования будущего – вычислительная инженерия (англ. Computational Engineering) или алгоритмическая инженерия (англ. Algorithmic Engineering). Откуда же такой пиетет нашей редакции и некоторых новостных агентств по всему миру в отношении деятельности восходящих звёзд на Олимпе славы аддитивных технологий — Жозефины Лисснер и Лина Кайзера?

    Жозефина, будучи генеральным директором и основателем Hyperganic Group, стояла у истоков создания клиновоздушного двигателя (Aerospike), поразившего и общественность, и видавших виды профессионалов. Двигатель, спроектированный её командой, был впечатан в жаропрочном сплаве инконель 718, а позднее — в медном CuCrZr на оборудовании компании EOS GmbH и навсегда покорил абсолютно всех. Вот что на волне успеха говорила Жозефина: «Наш клиновоздушный ракетный двигатель является первым наиболее сложным и самым большим, изготовленным с помощью 3D-принтера. Он полностью разработан с помощью нашего собственного программного обеспечения, использующего преимущества генеративного ИИ, с практически полным отсутствием необходимости ручного проектирования в САПР. Сегодня мы с гордостью можем знаменовать начало смены парадигмы в современном проектировании продукции. На своем ноутбуке я могу сгенерировать новый вариант этого двигателя всего за 30 минут без озабоченности по поводу того, как я дальше буду подготавливать многогигабайтные файлы для печати». И это еще не всё. Расслоёвка двигателя с помощью постпроцессора CADS Additive Titan.Core занимала всего 8 минут!

    Image

    И вот окрылённая успехом Жозефина вместе со своим коллегой Лином Кайзером покидает пост в Hyperganic Group и основывает в Дубае компанию LEAP71.

    Своё визионерство в развитии новой концепции — вычислительной инженерии применительно к АП дружная парочка стала активно развивать в новой компании. Вычислительная инженерия является новой парадигмой проектирования, в которой объект разбивается на фундаментальные логические блоки с настройкой зависимостей между ними. Итогом разработки будет служить параметрическое представление объекта (алгоритмическая модель) с технологическими данными для 3D-печати (поддержки, мультиматериальность, воспроизводимость элементов).

    Image

    Очевидно, что деятельность LEA71 не могла остаться незамеченной, и с ней подписали соглашения о сотрудничестве две серьезные компании: MIMO TECHNIK и ASTRO Test Lab, осуществляющие инновационную активность в авиации и космонавтике. Теперь эти компании будут разрабатывать оптимизированный рабочий процесс для комплексной разработки сложных и ответственных продуктов, в который  войдут проектирование, производство и проверка качества.

    MIMO TECHNIK  является, пожалуй, ведущим поставщиком 3D-печати металлом для аэрокосмической и оборонной промышленности США, сертифицированным поставщиком АП для BOEING Defense, Space & Security.

    ASTRO Test Lab располагает самой передовой службой тестирования напечатанных деталей, критически важных для полетов.

    Соучредитель и управляющий директор LEAP71 Жозефина Лисснер внесла некоторую ясность в детали партнерства: «Совершенно очевидно, что у наших компаний есть столь необходимые компетенции для создания нового рабочего процесса. Аэрокосмическая отрасль является ключевым направлением деятельности LEAP71. Наше ПО может создавать сложную трёхмерную геометрию, основанную на инженерном ноу-хау и физике. Работая с MIMO и ASTRO, мы можем перейти к рабочему процессу с замкнутым контуром обратной связи для производства и сертификации очень продвинутых систем».

    Image

    Союз трёх компаний, очевидно, возымеет несколько ключевых последствий для рынка:

    1. Изделия для авиации и космоса будут разрабатываться и производиться гораздо быстрее.
    2. Вычислительная инженерия может стать определенным стандартом в разработке продукции аэрокосмического назначения в США.
    3. LEAP71 неизбежно выиграет от такого партнерства, став известной не только среди компаний авиационной направленности, но и многих других, для которых важно сокращение процесса проектирования высокосложной многономенклатурной продукции.

    Подобные проекты и коллаборации без сомнения помогут рынку встрепенуться и сделать огромный рывок вперёд, переместившись сразу на следующий виток эволюции АП. Не этого ли ждут инвесторы и скучающие по инновациям производственники? Быстрое проектирование с помощью параметрически управляемых нодов, полное соответствие процесса проектирования под возможности АП (расстановка поддержек, качественная проработка мелких или особенных конструктивных элементов, мультиматериальность), возможности передовой 3D-печати, а также контроль на всех этапах конструкторско-технологического процесса с помощью единой программной среды — не такого ли светлого производственного будущего все мы сегодня ждём?

    Как аддитивщики управляют потоками

    0

    Сегодня мы все чаще становимся свидетелями результатов глубокого понимания возможностей АП в изготовлении изделий с исключительными эксплуатационными свойствами. Этап наслаждения 3D-печатью металлических деталей сразу из-под карандаша заигрывающегося с технологиями дизайнера начинает перерастать в по-настоящему знаковые, и, порой, совершенно не очевидные проекты. К сожалению, такие проекты пока чаще реализуются за рубежом, но от этого они не теряют своей значимости для нашего пытливого ума.

    Качественно печатать то, что заложил в конструкцию  инженер, — очень важное и ответственное занятие. А как обстоят дела с проектированием под АТ — DfAM?

    Интереснейший проект, который вместе с компанией LEAP71 открывает эпоху вычислительной инженерии, — проект «плетёного» смесителя коллаборации компаний Conify и Metamorphic.

    Компания Conify, основанная в 2019 году, известна как производитель недорогих и высококачественных металлопорошков, совместимых с АТ.

    Компания Metamorphic предоставляет индивидуальные консультационные услуги в области проектирования изделий под самые сложные задачи. Чаще всего именно АТ способны справиться с такими задачами, каждый раз поднимая проекты этой компании на уровень инновационных.

    В проекте статического смесителя Conify выступила в качестве поставщика порошка и производителя на LB-PBF принтере, а Metamorphic взяла на себя, пожалуй, самую сложную задачу — проектирование.

    Статические смесители, или, как их еще называют, статические миксеры используются для интенсивного перемешивания смеси газа с жидкостью с целью увеличения эффективности массопереноса компонентов газовой фазы в жидкую, а также для улучшения перемешивания жидких реагентов с потоком обрабатываемой воды. Подобные смесители устанавливаются в трубопровод после блока дозирования реагентов, которые требуется перемешивать с потоком воды. Они не имеют каких-либо механических частей и используют кинетическую энергию движущегося потока. Смесители такого типа применяют в обрабатывающей отрасли для заводов, перерабатывающих полимеры, целлюлозу, а также в пищевой и энергетической промышленности. В общем, там, где необходимо смешивать потоки смесей при постоянной температуре. При проектировании смесителей с новыми типоразмерами это становится своеобразным вызовом для разработчиков и технологов — достаточно сложно обеспечить одновременно хорошее смешивание и теплообмен.

    И вот команды двух заинтересованных компаний решили переосмыслить традиционное проектирование и с энтузиазмом взялись за этот проект. Они использовали принцип переплетения трёх и более каналов. В результате применения  технологии вычислительной гидродинамики удалось создать такие профили каналов, с помощью которых были устранены участки с низким или застойным потоком, а также была значительно улучшена их эксплуатация и обслуживание.

    Image

    Основным преимуществом такой плетёной конструкции по сравнению с обычными спиральными перегородками, расположенными в трубке, является огромная площадь поверхности, доступная для теплопередачи.

    Image

    Благодаря вычислительной гидродинамике и инженерии, пониманию принципов DfAM этот и подобные проекты будут всё чаще привлекать к себе внимание в медийном пространстве. Что, надо думать, подстегнет аддитивщиков и многие отрасли промышленности переосмыслить устоявшиеся правила игры в производство, наделяя изделия более прогрессивными свойствами и неповторимым внешним видом, за который точно должен проголосовать потребитель.

    Группа компаний i3D: инновациям нужен оперативный простор

    В опубликованном вчера интервью генерального директора НПО «ЗД-Интеграция» – головной компании группы компаний i3D Михаила Родина была затронута важная тема затянувшегося отставания России от передовых  экономик мира в области развития АТ. Упоминались в ней и отдельные островки, оазисы АТ в России, которые, дай им возможность разрастись количественно и качественно, вполне смогли бы подтянуть сферу АТ в стране до мирового уровня. Один из таких оазисов – возглавляемая Михаилом Родиным Группа компаний i3D, сумевшая за небольшой промежуток времени уверенно влиться в ряды лидеров отрасли на российском рынке и затем стабильно удерживать эти топовые позиции. Сегодня в её состав входят следующие компании: ООО «НПО «3Д-Интеграция» (бренд «AM.TECH»), ООО «СПИН» (спин.рф) и ООО «Ай3Д» (i3d.ru), ООО «ФХЗЛ РУС» (fhzl.ru). О потенциале Группы компаний красноречиво говорят ее финансовые показатели: – оборот i3D за 12 месяцев (с 1 апреля 2023 г. по 31 марта 2024 г.) составил 1,5 млрд рублей. Опыт этой команды точно стоит подробного изучения.

    От офсета – к 3D-печати

    Поставщики оборудования и материалов для цифровой и офсетной печати ещё 5 – 15 лет назад столкнулись с деградацией своих продаж из-за ухода потребителя в виртуальность: всё больше рекламной продукции, а также книг стали электронными. Наиболее предприимчивые, дальновидные и энергичные из них стали искать альтернативные возможности развития своих компаний. По этому пути пошла и Группа компаний i3D, начав своё существование еще в 2016 году как специализированный отдел в компании «Терем», специализирующейся на полиграфическом оборудовании. Тщательно изучив российский рынок, в компании решили заняться традиционной печатью FDM – принтерами с большой камерой построения, а также отсутствовавшей на нём технологией – шнековой экструзией гранульными материалами FGF. Постоянно интересующийся инновациями акционер компании Михаил Родин проникся перспективами аддитивных технологий, становящихся драйверами радикальных перемен как в проектировании, так и производстве конкурентоспособной продукции в машиностроении и других ключевых отраслях во всём мире. И пришел к выводу о том, что сейчас самое время начать серьёзно заниматься этим направлением в целом…

    Image

    Уже в следующем году удалось завязать сотрудничество с отличными вендорами из Китая и Европы, наладив импорт в Россию 3D-принтеров и 3D-сканеров. Многие на «устоявшемся» отечественном рынке отметили, что маркетинговый подход команды Михаила радикально отличался от того, к чему аддитивщики-«олды» уже успели приучить потребителя: максимальная популяризация АТ и бизнеса «Терема» через интернет-СМИ, создание высококачественного видеоконтента и размещение его на видеохостингах, проведение собственных конференций, очень активные командировки энергичных сотрудников-экспертов на многие предприятия страны… И вот в апреле 2023 года Михаил принимает для себя непростое волевое решение полностью уйти из компании «Терем», продать все свои акции и основать ООО «НПО «3D-Интеграция». Вот таким стал первый шаг к полной автономности: тщательно просчитанная инициатива одновременно инвестора и ярого приверженца инноваций, плюс ключевой фактор успеха компании, когда…

    Сошлись Звезды

    Нет, не те звезды, про влияние которых любит рассуждать фан-клуб ретроградного Меркурия. В группе компаний i3D сформировалась действительно звёздная команда специалистов. На момент создания в компании было занято 12 человек. И все они были уже состоявшимися аддитивщиками с опытом работы в инженерии, сервисе, продажах, и маркетинге. Сейчас же совокупная численность персонала всех подразделений i3D превышает 100 человек.

    Рассказывает Михаил Родин:

    «Сегодня многие пытаются разрабатывать 3D-принтеры по металлу. При этом в одних компаниях костяк коллектива – это люди, разбирающиеся в станкостроении, в других – классные специалисты по программному обеспечению, в-третьих – хорошие бизнесмены. Мы же первыми в России собрали команду специалистов, которые полностью закрывают вопросы разработки высокотехнологичного оборудования для АП. Без лишней скромности и с большой гордостью отмечу, что у нашей команды просто колоссальные компетенции во всём, что нам помогает стать одними из лучших в АТ. У нас есть специалисты, десятками лет занимавшиеся разработкой 3D-принтеров, есть инженеры с опытом работы на лучших образцах европейского, американского, азиатского аддитивного оборудования и знанием всех его тонкостей, материаловеды, технологи, конструкторы и опытные программисты. Поверьте, это очень редкое сочетание в одной команде. И именно эта синергия делает наши разработки принципиально отличающимися от того, что сегодня есть на развивающемся российском рынке. Мы работаем с технологиями, которые очень сложно повторить, и порог вхождения туда очень высокий.  По моему скромному мнению, сложные промышленные установки в России фактически пока могут создавать на должном уровне лишь три команды: РусАТ, Санкт-Петербургская компания «Лазерные системы» и мы».

    О том, как попадают в команду i3D и растут в ней, рассказал Алексей Ембулаев – генеральный директор компании «Ай3Д»:

    «К команде Михаила Родина я присоединился еще в компании «Терем», где занимался масштабными сделками, далёкими от аддитивной темы. В августе 2019 года он предложил мне вести направление 3D-печати для литейного производства. Для меня это был настоящий вызов: я на тот момент практически ничего не знал о 3D-принтерах и не имел ни малейшего представления о технологиях литейного производства. На погружение в тему ушло около восьми месяцев – пришлось глубоко изучить массивы профильной литературы и опыт коллег по компании. Но когда я разобрался во всем этом настолько, что уже мог свободно общаться со специалистами в этой области на их языке, я смог для себя оценить высокий потенциал этого рынка».

    Image

    А также, общаясь с руководителями литейных предприятий, Алексей убедился, что они в массе своей на тот момент не осознавали, насколько им может быть полезна эта технология. Да что там – на его первых встречах с руководителями предприятий в 2019 году ему приходилось, что называется, на пальцах разъяснять им её базовые принципы. Да, со временем, благодаря в том числе такому ликбезу от представителя Группы компаний i3D, хозяйственники технологию оценили, и на сегодня на предприятиях России работает уже свыше 60 единиц дорогостоящих песчанополимерных принтеров для литейки».

    Расчехляем инструменты стратегии

    Переход от интеграции к разработке и производству собственных продуктов – это очень ресурсозатратный шаг. Однако команде во главе с Михаилом Родиным, как нам кажется, это удалось. Компания задалась амбициозной целью — создать серию отечественных промышленных 3D-принтеров по технологии селективного лазерного плавления LB-PBF/SLM способную конкурировать с лучшими западными и азиатскими образцами. Заручившись поддержкой Минпромторга РФ и получив от него субсидию на разработку трех моделей оборудования, они начали работу в 2022 году. К настоящему моменту создали и показали в работе первый 3D-принтер AMT-16 с зоной построения 160х200 мм. Планируют показать на Металлообработке-2024 AMT-32 с зоной построения 320х400 мм, и в 2025 году – AMT-64 c зоной построения 600х800 мм. Этот флагманский проект реализуется опытно-конструкторским производством, а принтеры выходят под брендом «AM.TECH» с площадки «Московского Цифрового Завода», открытого группой компаний в 2023 году при поддержке Правительства Москвы.

    Image

    Image

    Следующим большим этапом в развитии компании будет переход от разработки к производству. Для этого создан инвестиционный проект, в рамках которого будет начато строительство большого завода по производству 3D-принтеров и изготовлению изделий аддитивным способом.

    Под брендом «AM.TECH» ООО «НПО 3Д-Интеграция» собирается выпускать не только принтеры собственной разработки, но и принтеры, производимые ею по ОЕМ соглашению с ведущими китайским производителями. 3D-принтеры будут производиться по технологиям EB-PBF/EBM, SLA, MBJ, а также для керамической печати по технологии DLP. Также под этим брендом на рынок выведут метрологические и геодезические системы измерений.

    Image

    Мы спросили Михаила Родина, собирается ли компания НПО «3D-Интеграция» заниматься полной локализацией оборудования по этим технологиям, и когда и как принимается соответствующее решение.

    «Для нас локализация – не самоцель. Мы предлагаем оборудование под нашим брендом по большей части, чтобы защитить наши инвестиции, и не позволить поставщикам выходить на рынок с тем же оборудованием, чем грешат некоторые производители. Полной локализацией мы занимается только при достижении большого оборота по какой-то из технологий и при необходимости конкурировать с российским производителями – для снижения себестоимости и невозможности выдавливания нас конкурентами из тендеров. В настоящее время мы создали совместное предприятие с компанией FHZL и приступили к локализации наших песчаных и полимерных принтеров этой компании».

    Сегодня ряд крупных компаний, включая даже госкорпорации, в рамках стратегии развития собственных производств идут по пути создания центров аддитивного производства. У Группы компаний i3D и здесь собственный подход, о котором рассказал Михаил Родин:

    «Мы не хотели бы повторять неудачный опыт большинства аддитивных центров, которые в большинстве случаев были оформлены как «зоопарк» технологий, не привязанных ни к конкретным потребителям, ни к определенным задачам, которые они должны были решать. Очень часто это просто набор под одной крышей разных 3D-принтеров, печатающих изделия из разных материалов. В итоге никакой синергии, специализации, фокусировки на заказчиках и их задачах. Приходящие от случая к случаю заказы не приносят прибыли и удовлетворения инвесторам. Такие центры фактически не являются производствами в обычном понимании этого слова. Они не могут заниматься хоть сколько-нибудь значимым серийным производством. Это, по сути, полигоны технологий. Их основатели и инвесторы не знали, на чём фокусироваться, не имели заказчиков на серийное производство и были вынуждены экспериментировать. Мы же, в отличие от них, хорошо знаем, на чём фокусироваться, и знаем, кто и что будет у нас заказывать для контрактного производства.

    Image

    Мы хотели бы создавать наши центры прежде всего как заводы, на которых можно было бы изготавливать узлы и детали для нашего собственного завода по производству аддитивных установок. Аддитивные технологии на них не должны быть единственной технологией. Мы считаем, что нужно комплектовать такие производства металлообрабатывающими центрами с ЧПУ, листогибами, станками для лазерной резки и пр. Возможно, даже комплектовать некоторые из них небольшими литейками. Главная функция этих заводов – создание малых серий конечных изделий из металлов и полимеров. Мы считаем, что обязательно нужно идти дальше, и в рамках этих заводов реализовывать и другую важную функцию, особенно актуальную в настоящее время, – импортозамещение. Мы собираемся комплектовать наши заводы большими подразделениями по обратному проектированию, чтобы любые региональные предприятия могли прийти и изготовить небольшие серии изделий из металла и пластика для своих ремонтных подразделений, принося нам свою сломанную деталь. Наша компания «СПИН», уже оказывающая такие услуги, станет центром обучения специалистов для этих заводов. В наших планах создание по всей России 10 таких центров, связанных в единую информационную сеть».

    Image

    Клиент всегда прав, но не всегда в теме

    Для группы компаний i3D принцип клиентоориентированности – один из основополагающих. Здесь ведь очень важен баланс между ответами на текущие запросы потребителей продуктов и применением инструментов, позволяющих формировать их спрос.

    Многие сотрудники подразделений группы компаний i3D сами имеют немалый опыт эксплуатантов, что очень облегчает им понимание того, что хотят покупатели. Руководствуясь этим пониманием, в i3D создали отдельную  компанию ООО «СПИН». Это цифровое производство полного цикла, которое оказывает услуги 3D-печати, в том числе контрактные, — от прототипирования до изготовления серийных деталей. В отличие от других участников рынка — ряда центров 3D-печати, при формировании облика «СПИН» команда руководствовалась прежде всего потребностями рынка, насущными и перспективными. Следуя такой логике, эксперты тщательно подбирали технологии, производителей и модели 3D-принтеров и 3D-сканеров. Согласитесь, что когда компания сосредоточена в руках частного инвестора (ограниченного в средствах), а не госкорпорации (для которых инвестиции в новое, но затратное на определённой дистанции направление не сильно ударят по бюджету), то подбор инструментов для реализации своих целей должен быть выполнен с особой тщательностью. С другой стороны, ошибку при подборе оборудования, или отсутствие значительных успехов аддитивного производства в корпорациях могут скрывать за ворохом отчетов, таблиц и графиков, пытаться оправдывать ссылками на политические и экономические факторы, и в этом случае не рассчитывать на новые инвестиции (не окупили старое — не просите новое!), а вот частный инвестор может в мгновение ока продать безнадежное оборудование со скидкой и назавтра на вырученные деньги с доплатой приобрести уже новый 3D-принтер или периферию — так проверяются гипотезы как виртуально, так и практически. С недавнего времени производство «СПИН» стало пополняться российским оборудованием, которое поставляет группа компаний i3D под собственным брендом «AM.TECH». Завидный принцип для подражания от i3D сформулирован руководством компании следующим образом: «Мы предлагаем предприятиям только проверенные нами решения, которые доказали свою экономическую эффективность и высокую надёжность на нашей собственной производственной площадке».

    «Безусловно, мы прислушиваемся к рынку, мониторим и изучаем тренды спроса на нём и потребности определенных пулов заказчиков, – поясняет руководитель центра цифрового производства «СПИН» Евгений Копылов. – И в ряде случаев мы непосредственно с производителем оборудования готовили решение специально для нашего рынка под потребности конкретных компаний и стратегических клиентов. Это либо масштабная кастомизация, либо, в каких-то случаях, – разработки с нуля.

    Image

    Тем не менее, даже массовый потребитель может и не догадываться обо всех возможностях рынка. Мы изучаем мировой опыт применения различных технологий. И уже в ходе работы с заказчиком можем на него сослаться, предложить нечто подобное.

    Что касается возможностей формировать спрос, то здесь мы придерживаемся принципа EЕ-CЕ — необходимости одновременно учитывать как опыт сотрудников (Employee Experience, EЕ — прим, редакции), так и опыт клиентов (Customer Experience, CЕ — прим. редакции). Опыт сотрудника всегда должен быть на один шаг впереди опыта заказчика, только в этом случае он будет мотивирован проявлять инициативу, искать креативные решения. Если же держать сотрудников в ежовых рукавицах, лишить их самостоятельности, то в конечном итоге ни о какой лояльности разочарованного потребителя вообще речи не может идти. Вот так всё взаимосвязано».

    Следующим шагом на пути к клиентоориентированности здесь, как планируется, будет создание собственной MaaS-платформы для поставок с тем, чтобы любой частный бизнес имел возможность всю компонентную базу заказать через единое окно у большого количества подрядчиков.

    «По сути, это ведь вопрос технологического суверенитета нашей страны – надежные цепочки поставок и кооперация в индустрии», – поясняет Евгений Копылов. «Как было в Советском Союзе, но на новом инструментарии. MaaS-платформа (Manufacturing-as-a-Service — производство комплектующих или поиск подрядчиков по запросу — прим. редакции) является таким современным инструментом. Ведь главный удар санкций приходится не по власти, не по конкретным компаниям, он прежде всего нацелен на цепочки кооперации и логистики, чтобы разрушить наш промышленный фундамент. И мы, как игрок на рынке производства деталей и машин, видим здесь своей задачей дать своим клиентам инструмент быстрого и беспроблемного заказа любых деталей».

    Право на миссию

    Право на ошибку есть у любой компании и её сотрудника — именно так, обжигаясь на собственном опыте, набивая шишки, можно построить успешный бизнес, ведь, как говорил Теодор Рузвельт: «Никогда не ошибается тот, кто ничего не делает». Однако это совершенно не применимо к миссии компании, ведь она задаёт уровень доверия потребителя к команде, мировоззрению, философии бренда. Звучит пафосно? Наверно. Но только в такой системе координат формируются лидеры.

    Рассказывает Михаил Родин:

    «Несмотря на то, что мы ещё молодая компания, у нас сформулирована миссия и система корпоративных ценностей, ориентированных как вовнутрь компании, так и вовне её.  Они отражены в брендбуке – по сути, библии бренда. Всех новых сотрудников сразу знакомим с нашими корпоративными правилами и методиками — всё это нужно для того, чтобы добиваться исключительно высоких результатов своей деятельности. Мы уделяем очень большое внимание именно визионерству развития бизнеса. Такое видение будущего — совместное, стимулирующее вовлеченность сотрудников в формирование его повестки, а не спущенные руководством компании «сверху» директивы. Мы черпаем опыт у крупных мировых компаний с богатым опытом, и ставим себе цель не отставать от них. Например, ключевые вопросы обсуждаются на регулярных собраниях и стратегических сессиях, мы проводим сами и заказываем маркетинговые исследования рынка, проводятся доклады через декомпозицию годового бизнес-плана основных задач и направлений развития компании. Также у нас отлажена и обратная связь: каждый может высказаться по всем вопросам – сервиса, разработки, маркетинга, общего управления и т.д. Затем проводится дальнейшее декомпозирование в облачных сервисах уже внутри каждого из подразделений, формирование приоритетов развития бизнеса, построение карт и процессов.

    Одно из таких недавних совместных решений — намерение сертифицировать бизнесы Группы компаний по ИСО 9001, поскольку считается, что это крайне полезный инструмент, с помощью которого можно отладить и совершенствовать все внутрипроизводственные процессы.

    Image

    В целом управление в компании строится на личном контакте руководителей с сотрудниками и глубоком проникновении в их задачи. Другими словами, мы способствуем развитию профессиональных навыков специалистов, принимаем во внимание их идеи, поощряем их самостоятельность, способность к самоорганизации и самодисциплине. Поэтому, например, популярная метрика оценки сотрудника – KPI, или модный еще пять лет назад Scrum или другие подобные методы организации бизнеса для нас неактуальны. А наши подходы обеспечили компанию полной отдачей сотрудников, работа у нас бурлит и всё делается вовремя.

    А еще в группе компаний i3D практически нет текучки кадров. Во многом — потому что здесь очень не любят увольнять людей, а стараются передвигать их внутри компании так, чтобы они нашли более интересное и комфортное для себя место, где смогут полностью раскрыть свой потенциал. И это почти всегда срабатывает!»

    В заключение нашей беседы мы попросили Михаила Родина и его коллег дать краткое напутствие предпринимателям, планирующим заняться бизнесом, связанным с АТ. Вот каким получилось итоговое коллективное резюме:

    «Перво-наперво надо понимать, что Россия — это страна возможностей, тем более в сфере, которая у нас еще только развивается. И если собрать команду профессионалов, взять лучшие производственные и управленческие практики и включить собственную заинтересованность делом — то всё обязательно получится. Встретите конкуренцию?  —  Так это мощный стимул всё делать хорошо!»

    АТ в России: когда перерастем статус догоняющих?

    Аддитивное производство (АП), безусловно, сегодня одна из наиболее привлекательных сфер для развития бизнеса. Темпы развития рынка АП можно сравнить только с темпами роста рынков робототехники, электромобилей, солнечных батарей, ИИ. Во всем мире миллиарды долларов инвестируются в АП.  В России же до сих пор аддитивные технологии (АТ) не могут перейти в статус АП. Существуют лишь отдельные островки, оазисы АТ в виде небольших аддитивных центров.

    – Почему получается так, что во всем мире АП развивается гигантскими темпами, а в России до сих пор АТ существуют в основном как экспериментальные технологии и так вяло внедряются? – Этот вопрос мы задали Михаилу Родину, генеральному директору НПО «ЗД-Интеграция» – головной компании группы компаний i3D.

    – Недооценка АТ и масштабов изменений, которые происходят во всём мире благодаря АП, – главная причина отставания темпов развития АП в России по сравнению со всем миром.

    Во всём мире АП развивается уже как массовое производство, заменяющее традиционное в ряде отраслей. Это стало возможно в последние два-три года прямо у нас на глазах, когда повсеместно стали строиться аддитивные заводы по производству деталей. Почему многие начали это делать? Прежде всего, потому что сами технологии развились до такой степени, что с помощью них стало возможно быстрее, дешевле и проще изготавливать продукцию различной номенклатуры с высокой степенью кастомизации. Приведу несколько примеров использования АТ для потокового производства в промышленности, которые видел своим глазами:

    Это, во-первых, 3D-печать стержней и форм из песка и полимеров для литья металлов. Сейчас практически любая современная литейка использует эту технологию, потому что это удобно, экономически обосновано и быстро. Особенно эффективно она работает на сериях 10–200 шт. В последнее время начали строиться аддитивных заводы по производству больших серий стержней для автомобильной промышленности. Работает уже несколько таких заводов в Китае и Германии. Можно сказать точно, что и в России эта технология уже завоевала своё место в промышленности для массового производства.

    Во-вторых, это серийная 3D-печать металлических изделий по технологии LB-PBF/SLM, самой распространенной во всем мире технологии 3D-печати металлами, широко применяемой в том числе в авиакосмической отрасли. К настоящему моменту созданы 3D-принтеры с внушительной зоной построения 800-1500 мм и с большим количеством лазеров. Такие машины способны изготавливать крупногабаритные изделия из различных сложных сплавов, сложной формы, и рассчитанных для любого применения вида ячеистых структур. Стоимость печати стала доступнее во многом благодаря постоянно снижающейся цене металлических порошков (если речь заходит о металлическом производстве – прим. редакции), обширному ассортименту и доступной стоимости оборудования, а также масштабам таких производств. По всему миру уже успешно функционируют и прямо сейчас строятся огромные заводы, где используются одновременно 100–400 установок больших размеров. Там серийно изготавливаются компоненты для корпусов самолётов, ракет, спутников, детали двигателей и пр.

    Ещё одна распространенная технология – 3D-печать керамикой. Она нашла широкое применение при серийном изготовлении стержней турбинных лопаток. Наши партнёры-производители такого оборудования из Китая на своём заводе, где стоят 50 принтеров, печатают серийно стержни для литья лопаток, а их клиенты-заводы, видя эффективность такого производства, закупают себе десятки таких машин.

    Для изготовления фурнитуры и небольших сложных изделий для автопрома  активно используется 3D-печать металлических изделий по технологии MBJ. В Индии и США построены и продолжают строиться большие заводы по серийному производству подобных изделий. Технология позволяет изготавливать детали, не требующие сложной механической обработки, с удивительно низкой себестоимостью.

    И, наконец, 3D-печать металлических медицинских изделий по электронно-лучевой технологии EB-PBF/EBM. Эта технология широко используется производителями медицинских имплантов, кейджей и вертлюжных чашек с интегрированной трабекулярной структурой из титана. Уникальная особенность технологии состоит в том, что можно сразу заполнить всю камеру принтера без использования сложных в удалении поддержек. На выходе это даёт низкую себестоимость и быструю скорость изготовления для высокотехнологических изделий из титана и сложных высокотемпературных материалов. По всему миру строятся заводы для массового производства медицинских изделий по этой технологии».

    – Почему аддитивные заводы активно строятся везде в мире, но не в России?

    – Это очень хороший вопрос, который имеет и общий, и специфический ответ для каждой из вышеперечисленных технологий. Постараюсь ответить прежде всего на общий вопрос. Мы видим, что в России есть очень большое количество предприятий, работающих в области переработки сырья: нефтегазовый сектор, горнодобывающий, химический, металлургический и пр. Применение аддитивных технологий в них пока очень ограниченно, прежде всего из-за того, что эти производства изготавливают по большей части крупные узлы и детали. АТ там могут быть востребованы в основном  в случае ремонта некоторых компонентов их собственных станков: в данном случае речь идет о набирающем у нас обороты обратном инжиниринге в формате импортозамещения. Во всех случаях – это не массовое производство, и значит, не может быть драйвером значительного роста АТ.

    Второй фактор – это преимущественно государственная структура экономики РФ в высокотехнологичных отраслях: двигателестроении, авиакосмической отрасли и ОПК, где использование АТ наиболее востребовано и эффективно. Традиционно в госкорпорациях многие вопросы решаются крайне долго, и никто не хочет брать на себя риски, даже при очевидных выгодах новых технологий. Существующие барьеры внедрения могут не сниматься годами. Низкая конкуренция внутри этих отраслей на российском же рынке – главная причина отсутствия активного внедрения АТ и затягивания перехода на массовое производство в этом сегменте. Правда, за последние годы здесь наметилась положительная динамика. Благодаря увеличившемуся Гособоронзаказу многие предприятия стали внедрять новые технологии значительно быстрее, чем раньше. Они тратят на это время и деньги, готовы к решительным и смелым решениям. Мы очень надеемся, что именно сейчас многие из этих компаний увидят в АП драйвер своего роста.

    Третий фактор – недостаточное внимание государства к развитию отрасли. В большинстве промышленных экономик мира развитие АТ выделено в отдельное приоритетное направление, под которое выделяются большие средства и создаются комфортные условия. Там видят перспективы развития отрасли АТ как эффективного инструмента создания конкурентной высокотехнологичной экономики страны. В России же до сих пор АТ где-то на задворках внимания у государства – существуют на правах раздела в области материалов и отданы ГК Росатом, как курирующей организации. Да, Ассоциация РАТ, работающая под руководством Росатома, делает очень много для развития этой сферы, особенно в последнее время. Но нужно делать еще больше, привлекая коммерческие компании и добиваясь большего финансирования развития АТ в Минпромторге, выделения этой сферы в отдельное направление.

    – Что, на ваш взгляд, нужно делать, чтобы изменить ситуацию у нас в России с АТ?

    – Повторюсь: начинать нужно с того, что выделить развитие АТ в отдельное направление и сделать его приоритетным, а также актуализировать Стратегию развития АТ, которая с 2018 года сильно устарела, определить новые цели развития, выделить под это средства из бюджета. Очень важным считаю активное вовлечение в процессы развития АТ коммерческих компаний-производителей АТ, услуг и программных решений. А еще аддитивное сообщество очень ждет снятия существующих барьеров в сфере сертификации материалов и паспортизации самих изделий, а также написание межотраслевых ГОСТов, взаимных зачётов протоколов испытаний всех сертифицированных лабораторий. Требует решения и кадровая проблема в нашей сфере – нужно готовить для неё больше специалистов как со средним специальным, так и с высшим инженерным образованием, повысить качество их подготовки, её практикоориентированность.

    Особенно важно, чтобы все планы и все решения в нашей сфере разрабатывались с активным участием основных игроков отраслевого рынка, чтобы они активно поддерживали все изменения. На это нужно тратить время и силы. Мы также считаем целесообразным учреждение специальных фондов, способных финансировать различные направления АТ, создание технопарка АТ и/или Аддитивной Долины, где на одной площадке создавались бы новые технологии, материалы и производства.

    Arevo теперь в гавани Stratasys

    0

    Компания Stratasys Ltd. (Nasdaq: SSYS), похоже, перестала играть в завидную невесту, распрощалась с предложениями 3D Systems и Nano Dimension и продолжила свой путь поглощения перспективных стартапов и зрелых компаний. К своему не очень обширному семейству, состоящему из (всего) пяти технологий, она добавила технологический портфель Arevo Inc. Чего же не хватало королю аддитивных технологий, стремящемуся слиться в беспрецедентном союзе с Desktop Metal (он все еще имеет шанс состояться в 2024 году)? Похоже, что с некоторых пор ими завладело  желание полноценной работы с непрерывными композиционными материалами. При том, что  Stratasys — настоящие профи в полимерах, и даже пытаются одолеть новую для себя технологию LPM по металлам, композиционная печать была для них Terra Incognita. Тесно сотрудничая с крупнейшими авиационными заводами мира, плотно партнерствуя с Siemens, они уже имеют лояльных для себя клиентов, но предложить решение по композитам, дополняющее автоматизированную выкладку,  у них до последнего времени возможности не было.

    Image

    Рис. Сравнение прочности на разрыв от объёмного соотношения композиционного волокна по различным технологиям (Сингапурский центр 3D-печати, факультет механической и аэрокосмической инженерии, Наньянский технологический университет)

    Табл. Характеристики основных механических свойств полимеров с рубленными композиционными волокнами, с непрерывной композиционной лентой, а также (справочно) с термопластиком ABS, алюминиевым сплавом и сталью.

    Image

    И вот Stratasys получает от Arevo передовые технологии, включая несколько основополагающих патентов, что в сумме теперь составляет более 2600 патентов в портфолио компании.

    Arevo предлагают роботизированные решения с уникальной технологией упрочнения непрерывного композиционного материала, мониторинга выкладки, искусственного интеллекта. В итоге такие детали мало того, что имеют армирование легкими и прочными материалами, так еще и приближаются к изотропии литых деталей.

    Image

    Рис. Технологии 3D-печати непрерывными композиционными материалами (Александр Матшински, Виртуальный симпозиум по AFP и AM, TU Munich, кафедра углеродных композитов (LCC), сентябрь 2020 г.)

    Более того, как красиво пишет у себя некогда завораживающий инвесторов калифорнийский стартап: Manufacturing for Designers вместо старого «доброго» Design for Manufactures. То есть они привлекали к себе внимание, как липкая лента для мух: производство для инженеров/дизайнеров вместо конструирования под возможности технологического оборудования. Как мило, и как насущно, верно? Примечателен тот факт, что когда Arevo проводила свои самые первые изыскания с композиционными материалами в 2015 году, Stratasys также решила войти в технологию роботизированной экструзии полимеров на основе рубленых и непрерывных композитов. Обе компании, вероятно,  должны были тогда объединить усилия, потому что с тех пор Arevo  расширяла свою деятельность вплоть до момента закрытия компании, в то время как Stratasys покинула этот сегмент, поскольку его начали заселять новые более энергичные игроки.

    Однако светлым планам Arevo не суждено было сбыться, несмотря на первоначальную поддержку со стороны крупных инвесторов и разработку новаторских продуктов, таких как полностью напечатанные на 3D-принтере рамы электровелосипедов и скутеров, армированные углеродным волокном. Компания столкнулась с операционными проблемами, которые привели к продаже их активов с аукциона в начале этого года.

    Image

    Image

     

    Будет ли подобное «партнерство» успешным для Stratasys? По всей видимости, да. Более того, гигант трезво оценивает перспективы рынка и входит в уже достаточно «разогретую» предпринимателями нишу. Можно только посоветовать российским разработчикам обратить внимание на опыт Anisoprint, Desktop Metal, Markforged, CEAD и других подобных компаний. Мы уверены, что в этой гавани места хватит всем. Дерзайте!

    Шероховатость: уберите это!

    0

    Существует множество аспектов, способных влиять на работу металлической аддитивно произведённой детали. Один из наиболее известных — шероховатость поверхности, которая во многом и определяет механические свойства изделия.

    Давайте исследуем этот вопрос вместе с Линдси Киблер, ведущим инженером по применению материалов в GE Additive.

    Каковы типичные значения чистоты поверхности после печати в популярных АТ по металлам и сплавам?

    Наиболее распространённым параметром шероховатости поверхности является Ra — среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля от средней линии в пределах базовой длины. Хотя для характеристики профиля поверхности доступно множество параметров шероховатости, именно Ra наиболее часто используется сегодня во многих отраслях промышленности.

    Как правило, лазерная технология LB-PBF/SLM даёт чистоту поверхности Ra равную 5–20 мкм на вертикальной стенке в зависимости от материала и параметров процесса. Значения Ra у технологии EB-PBF с электронным лучом немного выше, и обычно составляют около 30–38 мкм. Технология же струйной печати связующим Metal BJ позволяет добиться среднего значения Ra на вертикальной стенке примерно 15 мкм после конечного цикла постобработки — спекания.

    Image

    Влияет ли качество поверхности на механические свойства изделий? Если да, то какие из них могут пострадать больше всего?

    Качество поверхности детали влияет на некоторые её механические свойства, например, на усталостную долговечность. Большинство других свойств, например, прочность при растяжении, во многом зависят от внутренней структуры материала и в меньшей степени — от состояния поверхности. Усталостная долговечность сильно зависит от глубин на поверхности, поскольку они ведут себя как концентраторы напряжений, способных вызвать появление трещин сразу после печати или в процессе эксплуатации.

    Тонкостенные элементы деталей также могут влиять на их механические свойства. Например, стенки с толщиной менее 1 мм и высокой шероховатостью могут иметь некоторые участки с одновременным появлением глубин профиля друг напротив друга, что может значительно уменьшить толщину стенки и ограничить срок службы компонента.

    Image

    Есть ли в АП предпочтительный метод и оборудование для измерения шероховатости поверхности?

    Сегодня для измерения шероховатости поверхности чаще всего используются контактная профилометрия и оптические методы. Контактная профилометрия обычно применяется для изделий с относительно низкими значениями шероховатости поверхности (более гладкая поверхность), но она же и менее точна для более высоких значений шероховатости. Такие профилометры измеряют шероховатость по заданной длине детали благодаря щупу с алмазным покрытием. Для поверхностей с высокой шероховатостью инструмент может оказаться не в состоянии достичь самых низких глубин и, таким образом, может давать неточные показания. Преимущества контактной профилометрии — низкая стоимость оборудования и совместимость с устаревшими процессами определения характеристик, используемыми для компонентов традиционного производства.

    Оптические измерения шероховатости поверхности обычно проводятся с использованием хроматического света или лазерного микроскопа, который с высокой точностью отображает трёхмерную поверхность детали. Это оборудование, как правило, дороже, но измерения и результаты более универсальны. Такие измерения особенно полезны для определения более высоких значений шероховатости поверхности, поскольку можно получить больше данных на большей площади детали. Если контактные измерения показывают среднее арифметическое значение шероховатости по линии (Ra), то оптические измерения — по площади (Sa). Эти значения не всегда сопоставимы, поэтому необходимо проявлять внимательность при сравнении значений шероховатости поверхности, полученных с помощью разных методов измерений.

    И контактные, и оптические методы измерения играют важную роль для оценки напечатанных деталей, но оба также требуют дополнительной разработки для стандартизации методов измерения во всей отрасли.

    Какие параметры процесса могут влиять на качество поверхности при 3D-печати?

    Лучевые технологии (LB-PBF/EB-PBF) имеют множество общих параметров, которые влияют на качество поверхности, включая расположение детали на платформе, как по отношению к лазеру (с учётом угла падения лазера), так и по расположению к направлению потока газа; угол поверхности по отношению к рабочей платформе; гранулометрический состав порошка; толщина слоя; параметры луча, такие как мощность, скорость и размер пятна. На качество поверхности деталей по MBJ-технологии влияют плотность слоя порошка, параметры цикла спекания, скорость осаждения связующего, разрешение печатающей головки и свойства самого связующего материала.

    Хотя все эти параметры можно оптимизировать для качества поверхности, они часто требуют компромиссов. Например, в технологиях LB-PBF и EB-PBF уменьшение толщины слоя и более медленное сканирование лучом/лучами часто приводят к улучшению качества поверхности, но также увеличивает время производства. Аналогично и для струи связующего: увеличение скорости перемещения головки сокращает время печати, но также увеличивает шероховатость поверхности.

    Image

    Как контролируются эти параметры процесса для оптимизации качества поверхности?

    В GE Additive мы проводим обширные исследования по разработке параметров для оптимизации механических свойств и качества поверхностей деталей при различных углах печати. В частности, в LB-PBF и EB-PBF разные параметры могут применяться к разной геометрии, так что набор параметров может отличаться для вертикальной и криволинейной поверхности.

    Другой способ оптимизировать качество поверхности — изменить ориентацию и расположение детали, чтобы избежать более высокой шероховатости поверхности и концентраторов напряжений. Для технологий LB-PBF и EB-PBF детали можно ориентировать таким образом, чтобы все важные элементы печатались под оптимальными углами к рабочей платформе. Кроме того, для некоторых криволинейных поверхностей можно добавить больше поддержек.

    Наконец, есть возможности оптимизировать геометрию само́й детали. Некоторые компоненты конструкции можно оптимизировать путём проектирования DfAM, например, плоские выступы могут стать самонесущими с помощью фасок и плавных переходов на обращённых вниз поверхностях, вид отверстий также можно изменить, чтобы обходиться без поддержек, и многое другое.

    Если деталь была обработана традиционным способом, могут ли пользователи АТ рассмотреть возможность оставить поверхности в напечатанном виде (без механической обработки) в конечном продукте?

    Существует мнение, что напечатанные детали всегда являются заготовками и их в обязательном порядке требуется подвергать постобработке. Одним из основных преимуществ АТ является свобода и гибкость в проектировании и отсутствие ограничений традиционных технологий, связанных с доступом режущего инструмента для обработки той или иной поверхности. Та геометрическая сложность деталей, которую возможно реализовать с помощью АП, попросту невозможна при опоре на классические производственные методы. В числе примеров этих особенностей — каналы конформного охлаждения, элементы с поднутрениями, а также ячеистые структуры.

    Необходимость механической обработки того или иного компонента продиктована прежде всего требованиями к детали. Это могут быть места сопряжения с поверхностями других деталей, резьбовые отверстия, а также области с ограниченной усталостью, где обработанная поверхность может увеличить срок службы компонентов. В остальных случаях малоответственные компоненты принято оставлять без лезвийной механообработки.

    Какие ещё методы постобработки существуют для улучшения качества поверхности, помимо традиционной механической обработки?

    Существует несколько методов улучшения качества поверхности, и при выборе правильного метода для конкретного применения необходимо учитывать несколько факторов. Некоторые методы, такие как обработка абразивным потоком высоковязкой рабочей среды, полезны для сглаживания поверхностей в отверстиях и каналах. Другие методы, в том числе галтовка и пескоструйная обработка, могут улучшить внешний вид детали и общую чистоту поверхности за счёт сглаживания выступов профиля. Однако эти методы не устраняют глубины, а, как упоминалось ранее, глубины приводят к снижению усталостной долговечности. Таким образом, если цель состоит в том, чтобы увеличить усталостную долговечность, необходимо рассмотреть альтернативный метод (например, химическое травление или традиционную механическую обработку) для сглаживания поверхности.

    Технология BJ позволяет улучшить поверхность детали ручным шлифованием, пока та ещё находится в «зелёном» состоянии (податливом), то есть до спекания. Ручной метод можно заменить более автоматизированным — пескоструйной обработкой, но при условии, что неспеченная деталь не разрушится, или аналогичных процессов, если неспеченная деталь имеет достаточную прочность, чтобы выдержать эту дополнительную постобработку.

    Image

    Выводы

    Качество поверхности детали во многом зависит от используемого метода и параметров обработки, и многие из этих параметров можно регулировать для оптимизации качества поверхности. Некоторые из этих параметров требуют компромисса, будь то производительность или стоимость, и должны быть сбалансированы с требованиями к компонентам.

    Источник.

    Не робкий STEP, а решительная поступь

    0

    Патологическая тяга к автоматизации любого процесса оберегает меня от рутинных операций, которые может и должен делать «робот, а не человек», генеративный искусственный интеллект, сложные механизмы и, конечно же, высокопроизводительные системы 3D-печати. Каждый раз в любом стартапе я ищу именно эту красную нить потенциальной автоматизации, и если не нахожу её, то попросту теряю всякий интерес к проекту. Вернее, интерес-то может сохраняться, а вот пророчить новой технологии или устройству место в безлюдной Фабрике будущего я, возможно, уже не буду.

    Чтобы не вести монолог только с самим собой, я попытаюсь предугадать читательский скепсис и, как могу, возразить предполагаемым оппонентам. Например, читатель может не согласиться с необходимостью разрабатывать системы с высоким уровнем автоматизации, сославшись на большой потребительский сектор, для которого достаточно возможностей настольных 3D-принтеров. Но любая технология привлекает к себе гораздо больше внимания в том случае, если имеет шансы стать серийной и высокопроизводительной. Тут и гораздо быстрее найдется инвестор,  для которого важен именно масштаб идеи: сегодня он вкладывается в единичный, но перспективный продукт, а завтра проект превращается в мощную технологию с большим модельным рядом, которую с удовольствием потребляют промышленники и замещают ею оборудование вчерашнего дня.

    Компания, о которой сегодня я хочу рассказать, появилась в медийном пространстве еще в 2017 году благодаря крупному и авторитетному инвестору — Stratasys. Речь пойдет о Evolve Additive Solutions, ныне самостоятельной компании, разработавшей передовую технологию электрофотографического ламинирования STEP (Selective Thermoplastic Electrophotographic Process), в которой детали изготавливаются за счет термопереноса порошка полимера с горячего барабана на подложку. Предлагаю читателям самостоятельно удовлетворить своё любопытство по поводу  очень интересного производственного процесса этой компании. Я лишь расскажу подробнее о некоторых важных аспектах этой технологии, и даже революционных изменениях, которые с её подачи неизбежно произойдут в ближайшее время в традиционной промышленности.

    Сегодня я слышу от экспертов-практиков мнение о том, что некоторые западные компании, некогда блиставшие в роли ключевых игроков рынка АТ, ныне  стремительно сдают свои позиции азиатским производителям, для которых копирование и дешёвая рабочая сила не являются проблемой. Как говорится, дружно навалились на не очень сложную проблему и быстро воспроизвели лучшие зарубежные продукты. Вот такая вот цифровая трансформация «за ночь» благодаря обратному инжинирингу и многочисленному и доступному персоналу. Мы  с вами ещё не раз увидим медленные взлёты западных компаний и их стремительные падения. Многие достаточно простые в воспроизводстве АТ сегодня заполняют мировые рынки, однако их производительность оставляет желать лучшего, ускоряясь только на «жалкие» проценты. А многие производственники остаются при своём, допуская в свои цеха только высокопроизводительные технологии.

    И что же нужно сделать разработчику, чтобы обратить на себя внимание? Правильно, предложить технологию, которая будет базироваться на апробированном надёжном решении, но сложном в техническом плане, что и сделали в Evolve Additive Solutions, не изобретая велосипед, а просто позаимствовав идею и даже ответственные узлы у цифровой печатной машины Kodak NexPress™. Вот это поворот, скажете вы! И действительно — идея использовать то, что на протяжении долгих лет было успешным продуктом и использовалось для серийного производства полиграфической продукции, просто поражает и вдохновляет одновременно! И вместе с этим пользователи снятых с производства Kodak NexPress летом 2023 года получили уведомление об увеличении эксплуатационных расходов более чем в два раза. Такое резкое увеличение цен может означать, что принтер «больше не жизнеспособен» и его необходимо заменить альтернативной  технологией. В отчете Kodak по итогам 2022 года компания сообщила, что прекратила  производство своих принтеров Nexfinity и Ascend, начиная с декабря 2022 года, ввиду незначительного количества проданных установок в Великобритании. Вот такая историческая справка и положение дел у промышленного гиганта говорят о том, что изжившая себя технология для 2D-печати замещается на более продуктивного коллегу, но даже в таком состоянии она стала вполне пригодна для масштабированного объёмного производства SVP™ (Scaled Volume Production) от Evolve Additive Solutions, способного в ближайшем будущем конкурировать с литьём под давлением как по производительности, так и по ассортименту материалов.

    Сегодня компанией руководит генеральный директор Джо Эллисон. Успехи 3D Systems настолько его воодушевили, что он устроился туда  инженером по исследованиям и разработкам и проработал там с 1988 по 1991 год. Вторая важная веха в его деятельности — основание крупнейшего в мире ЦАП Solid Concepts (Валенсия, Калифорния). Он руководил Solid  Concepts более 23 лет, прежде чем  продал её компании Stratasys в 2014 году. Взявшись за руль управления компанией Evolve Additive Solutions в 2022 году и добившись беспрецедентной производительности, точности и надежности, в 2023 году он основывает контрактное производство деталей под названием STEP Parts Now. И действительно, оборудование способно напечатать слой термопластика высотой 13 мкм по размеру платформы 600×300 мм всего за 6 сек, что выше скорости прочих систем АП в среднем в 50 раз! Лишний раз мы становимся свидетелями того, как безлучевые АТ завоёвывают рынок за счет своих высокопроизводительных решений, как например, в системе SVP за счёт цикла энергии тепла, давления и охлаждения деталей. А помимо этого она способна одновременно работать с пятью материалами в одном слое, то есть налицо завидная мультиматериальность, причём разрешение в техпроцессе составляет 600 точек на дюйм или 0,04 мм (два отдельных вокселя из двух разных материалов способны очень точно размещаться рядом друг с другом), что является очень высоким показателем даже для LCD/SLA систем. Пока специалисты освоили самые ходовые материалы: ABS и РА11, но можно работать с популярными инженерными (аморфными и полукристаллическими) термопластами и термопластичными эластомерами (ТПЭ). Стоимость и качество поверхностей производимых деталей сопоставимы с традиционным производством, а изотропные свойства — как у литья под давлением. Джо Эллисон считает, что «технология STEP — единственная жизнеспособная альтернатива литью под давлением на современном рынке. При использовании других аддитивных процессов приходится жертвовать либо разрешением и точностью, либо механическими свойствами, либо качеством и повторяемостью. STEP — бескомпромиссная технология, вбирающая в себя всё самое лучшее. В начале своей карьеры я помогал продвигать некоторые из первых АТ для обычного прототипирования. Но наибольшая ценность 3D-печати проявляется только тогда, когда вы можете печатать производственные детали в любой точке мира, когда захотите, — я называю это гибким производством. Сегодня мы в компании Evolve Additive Solutions абсолютно чётко видим будущее промышленности, в котором технология STEP станет ведущей в производстве пластмассовых деталей».

    Сложно не согласиться с тем, что такая безлучевая технология действительно может стать отраслевым стандартом производства, когда аддитивщикам уже не потребуется доказывать через кейсы  возможности предлагаемого процесса. Качество, производительность, экономика, гибкость, отсутствие оснастки — вот что должно заинтересовать производственников. И когда наступит такое время, то, возможно, мы станем свидетелями появления массовых «золотых» продуктов, которые будут появляться благодаря «золотым» (не по деньгам, а по их ценности) технологиям не робкого десятка. Технология STEP, обязанная надёжному решению серийной цифровой 2D-печати, по всей видимости, может стать лидером, затмевающим своими возможностями многих сегодняшних производителей систем АП вместе взятых.

    В статье были использованы материалы: 3dnatives, Evolve Additive Solutions, Fabbaloo.

    Горячие результаты холодного спекания

    Сегодня обрабатывающая промышленность все активнее использует  решения в области аддитивного производства металлов. Однако компаниям, начинающим осваивать эту сферу, соответствующее оборудование часто обходится недёшево. По этой причине стоимость 3D-принтеров по металлу может стать серьёзным барьером для выхода компании на рынок. К счастью, наметилась многообещающая тенденция в разработке доступных полимеросодержащих металлических порошков. Любимая многими аддитивщиками технология селективного лазерного спекания PBF/SLS прочно заняла своё место под солнцем новаций и уже стала привлекательной альтернативой традиционному литью для производства готовых полимерных изделий широкого спектра применения. И вот давно забытая, но качественно реинкарнированная технология SLS по металлам вдруг обретает вторую жизнь или шанс на то, чтобы стать альтернативой популярным технологиям LB-PBF/SLM и MBJ. Герой сегодняшнего обзора — технология холодного спекания металла или Cold Metal Fusion (CMF).

    Технология CMF разработана немецкой компанией Headmade Materials. Не подумайте, что в Headmade Materials решили заново изобрести «велосипед» в виде оборудования SLS, — ну сколько можно уже придумывать различных технологий (прим.: ирония редакции)! Наоборот, в компании полностью сосредоточились на разработке порошковых материалов, совместимых со стандартными SLS-принтерами. Порошки Headmade Materials представляют собой металлические частицы, покрытые снаружи слоем полимерного связующего.

    Как работает процесс CMF?

    Не будем утомлять читателя рассказом о том, как должно выглядеть стандартное проектирование деталей для АП, — по этому поводу написано много книг. Однако стоит иметь в виду, что процесс постобработки CMF деталей требует удаления полимерного связующего, а когда связующее удаляется, то размеры деталей уменьшаются или усаживаются. Вот это обстоятельство и нужно учитывать при проектировании: закладывать в размеры эту самую «злополучную» усадку, порой достигающую 14% по всем осям. Подготовка файлов заканчивается после задания параметров и их расслоёвки с получением УП для 3D-принтера.

    Сегодня в Headmade Materials уже могут предложить нержавеющую сталь 316L, кобальт-хромовый сплав, титан Ti6Al4V и вольфрам. Другие материалы еще проходят тщательную отработку и тестирование: инконель, алюминий и инструментальная сталь.

    Помните, в названии Cold Metal Fusion фигурирует холодное спекание металла? Действительно ли можно этот процесс считать «холодным» методом производства? По сути, в процессе печати полимерное связующее плавится при низких температурах (до 50°C), что легко может быть воспроизведено на любой маломощной лазерной SLS системе. Поддержки для такого производства не требуются, ведь, как мы выяснили, этот процесс — «холодный» и не вызывает напряжений в деталях. Также сам плотный порошок, как и в полимерной SLS-печати, служит для удержания/смещения деталей от опускания даже со сложной геометрией.

    Технология CMF элегантно решает вопросы, связанные с размещением деталей во всём объёме камеры построения, потому как это позволяет увеличить производительность, снизить затраты, а также обходиться без внимания персонала достаточно длительное время. Интересно, что частицы порошка металла надёжно защищены полимерами и поэтому не подвергаются воздействию воздуха, способствующему окислению металла. Кроме того, холодный процесс не оказывает термического воздействия на неспеченный порошок, что позволяет повторно использовать его в будущих работах.

    Постобработка

    Постобработка здесь — очень ответственный этап. После снятия «зеленых» деталей с SLS-принтера требуется очистить их от неспечённого порошка. Это можно сделать с использованием сжатого воздуха или струи воды, не тревожась за прочность сырых деталей. Затем следует удаление связующего — модели погружают в растворитель для удаления полимера с металлополимерной детали. Теперь полученные детали готовы к завершающему этапу – собственно спеканию металла.

    На этом заключительном этапе детали помещаются в печь, которая нагревает их и удаляет остатки связующего вещества изнутри. Оставшиеся металлические частицы затем спекаются для формирования готовых металлических деталей. Обращаем внимание, что для этой завершающей стадии необходима специализированная печь, способная достигать температуры спекания металла (температуру спекания/плавления вольфрама помните?).

    Преимущества и области применения

    Основное преимущество технологии холодного спекания металла – возможность создания готовых металлических деталей с помощью обычных 3D-принтеров SLS. Такие принтеры более широко представлены на рынке и имеют вполне доступную стоимость, чем альтернативная технология LB-PBF/SLM. На сайте Headmade Materials утверждается, что их процесс имеет «самые низкие инвестиционные затраты среди многих процессов 3D-печати металлом при массовом производстве до 100 000 деталей». Возможно, технология CMF в какой-то степени может соперничать и с традиционным литьём металлов под давлением  MIM.  

    Заинтересоваться этой технологией могут следующие отрасли промышленности: автомобилестроение, авиастроение, медицина, производство товаров широкого потребления.

    Приведем несколько примеров. Компания Sturdy Cycles выбрала 3D-печать CMF для производства титановых деталей. Это повысило эффективность разработки спортивного оборудования, снизило затраты и позволило производить продукцию на месте. Еще одна история успеха была представлена на международном конкурсе Formula Student, где компания Headmade Materials спонсировала одного из участников. В частности, команда разработчиков из Университета прикладных наук Эсслингена (Германия), продемонстрировала воздушно-масляный сепаратор, созданный методом CMF. Деталь, изготовленная из титанового сплава Ti6Al4V, отличается оптимизированным весом и высокой несущей способностью. И наконец, немецкий производитель инструментов — компания Utilis AG, разработала стальной держатель режущего инструмента с уникальным внутренним каналом охлаждения, способный повысить производительность режущего инструмента на 185%.

    Будущее 3D-печати CMF

    При том, что технология холодного спекания металлов еще относительно новая, спектр ее применения в различных отраслях быстро расширяется. Идея такого процесса становится все более популярной на рынке, и многие компании уже всерьез рассматривают возможность её внедрения. Примечательно, что эту производственную систему продвигает «ColdMetalFusion Alliance». Это стало инициативой Headmade Materials после того, как стартап появился в составе венчурного фонда AM Ventures, принадлежащего EOS. К альянсу присоединились несколько промышленных компаний, в том числе mimPlus, Element22 и Miba, а также производители 3D-принтеров, в том числе небезызвестная компания Farsoon Technologies — разработчик и производитель SLS-оборудования.

    Цель ColdMetalFusion Alliance в этом контексте — индустриализация технологии посредством общих стандартов для спекания и аддитивного производства. Компании-члены альянса имеют не только общие стандарты, но и схожую культуру и образ мышления. Продолжающийся прогресс этой системы и будущих совместимых материалов позволит этой технологии распространиться на многие другие отрасли промышленности и сферы применения.

    Источник: 3dnatives.