Технология позволяет не только получать сверхпрочные детали – от втулок до муфт, но и дает значительную экономию средств.
В 2012–2015 годах на кафедре автоматизации производственных процессов Волгоградского государственного технического университета зародилась идея создать 3D-принтер, которому не нужен стол. Эта футуристичная концепция расширяла классические представления о технологии: 3D-принтеры работают в трех осях – x, y, z, а деталь печатается на какой-то рабочей поверхности. Суть же 5D-технологии в том, что принтер и программное обеспечение позволяют не только перемещать печатающую головку и стол в трех направлениях, но и поворачивать объект в двух осях. В результате чего принтер научился печатать объекты, начиная с центра, а не снаружи, что и позволило исключить из процесса рабочий стол.
В качестве области применения технологии 5Dtech команда «Стереотек» – именно таким «именем» была названа компания проекта – выбрала промсектор. Так, 5D-принтер позволяет распечатывать такие востребованные в промышленности детали, как крыльчатки, уплотнители, манжеты, кольца, рабочие колеса, муфты, опорные втулки.
Революционность подхода еще и в том, что он оптимизирует свойства деталей – и как результат, удешевляет их производство и увеличивает работоспособность. В отличие от оригинальных деталей, которые всегда имеют ограниченный срок годности (их бесконечная работа производителям просто невыгодна), распечатанные на 5D-принтере запчасти могут служить если не бесконечно, то точно дольше обычного.
+400% к прочности
Две главные проблемы классических 3D-принтеров – низкая адгезия (прочность между слоями) и печать деталей с использованием поддержек, из-за чего те нуждаются в постобработке. Если объяснять просто: 3D-принтер не умеет печатать в воздухе, поэтому в процессе печати используют поддержки – принтер печатает основу, на которую потом наращиваются слои. Порой поддержки занимают даже больше места, чем сама деталь. А после их демонтажа, деталь приходится дорабатывать, шлифовать и полировать.
Ноу-хау «Стереотек» позволяет сделать так, чтобы детали, которые выходят из принтера 5Dtech, сразу были близки к совершенству. Это стало возможным благодаря добавлению опции поворота детали во время печати. Изделие печатается от центра и формируется не из плоских, а из объемных слоев. Такая технология позволяет не только получить прочную трехмерную структуру, но и экономить до 60% материала.
Еще одна опция 5Dtech – возможность изменять направление волокна, сделать это можно благодаря дополнительным осям. Переплетения нитей волокон и объемной печати до 400% повышают прочностные характеристики изделий (показатели подтверждены результатами лабораторных исследований). 5D-принтер может печатать из базальтовых наполнителей, нейлона, металла, непрерывного углепластика, керамики, нержавеющей стали, сплава вольфрама и кобальта, полимеров. Однако основной материал для печати – пластик в разной комбинации.
ТОП-6 преимуществ технологии 5Dtech:
Прочность изделий. Благодаря свойству ориентации полимеров, технология 5Dtech повышает прочность на изгиб и сжатие до 400% по сравнению с 3D-печатью.
Армированная структура. Благодаря объемной, а не послойной укладке нитей, технология 5Dtech армирует структуру изделия. Используя преимущество при печати непрерывными волокнами, можно создавать беспрецедентно прочные квазиизотропные изделия.
Печать без поддержек. Благодаря многоосевой кинематике, технология 5Dtech позволяет полностью удалить или существенно сократить поддержки под нависающими элементами, что обеспечивает экономию материала до 80%.
Печать по любой поверхности. В отличие от классической 3D-печати, технология 5Dtech может печатать на любой поверхности. Можно использовать специальную оснастку для серийного производства изделий или закладную, которая станет частью будущего изделия.
Широкий выбор материалов. Технология 5Dtech позволяет работать с широкой номенклатурой материалов и деталей: гибкими – для муфт, мембран и уплотнителей, прочными – для корпусных деталей, крыльчаток и держателей, а также непрерывным углеволокном, сталью, керамикой и др.Чистовая поверхность изделий. В отличие от классической 3D-печати, изделия 5Dtech имеют чистовую поверхность и сразу готовы к использованию. При этом не требуется трудозатратная ручная постобработка деталей от поддержек.
Революционность технологии заключается еще и в том, что 5D-принтер способен не только воспроизводить новые детали, но и восстанавливать старые. К примеру, 5Dtech может «выращивать» изношенную мембрану насоса прямо на ее металлическом основании, что является большим технологическим шагом в эксплуатации воздушных насосов с нагрузкой на помпу до 5 бар. Напечатанные на 5Dtech помпы уже используют в компании «Северсталь».
Экономия более чем в 100 раз
На сегодня в портфеле компании «Стереотек» немало кейсов, которые позволяют уверенно говорить о перспективах развития 5D-печати. В одних случаях она дает значительную экономию, в других – дает возможность легко реализовать сложные задачи.
Так, за счет того, что пластик – материал довольно дешевый, 5D-печать позволяет получать детали с низкой себестоимостью. Такой кейс был реализован для компании «Северсталь»: на 5Dtech был напечатан успокоитель цепи для станков сигарного типа. Другой кейс – печать колодки: оригинальная немецкая колодка стоит 20 евро, а напечатанная – 15 рублей.
Возможности 5D-печати оценили и на Волгоградском элеваторе, который работает на сложном, состоящем из множества деталей оборудовании.
Одних только роликов в транспортной ленте элеватора насчитывается более 2 000 штук. У каждого из них две опорные втулки подшипников, которые требуют замены каждые три года. Элеватор сам изготавливает их на токарном станке и тратит по 2 362 рубля на каждую. В год выходит около 2 миллионов рублей. Деталь из 5Dtech принтера обходится в 570 рублей при тех же сроках службы. То есть, используя возможности 5D-печати, за год элеватор может сэкономить 1 195 000 рублей только на втулках.
Чтобы расширить число клиентов и возможности применения 5D-печати, «Стереотек» ведет планомерную работу по наполнению библиотеки запчастей. Компания берет оригинальные образцы деталей, создает их цифровые копии, а затем отправляет их на принтер и получает детали. Чтобы с задачей мог справиться даже не специалист в 5D-печати, «Стереотек» создала понятное программное обеспечение.
Для управления процессом печати разработано приложение STE App. Оно помогает быстро настроить оборудование и распределить задания между принтерами в одной сети. Также есть программа Stereotech STE Slicer, которая дает возможность делить модели не только на плоские, но и криволинейные слои, что позволяет влиять на прочность изделий.
текст: Александр Барабанов, фото: stereotech.org