Технологии, которые открывают новые возможности не в теории, а на практике

Автор Ю. Ковалевский - Журнал «Электроника: НТБ»

Центр «три в одном»: демонстрация возможностей 3D-технологий, обучение заказчиков и контрактное производство на одной площадке

В новом центре нас встретил ведущий инженер-технолог ЦАТ Алексей Симаков. По его словам, «Диполь» с 2016 года поставляет оборудование для аддитивных технологий, поэтому компания к моменту открытия центра уже приобрела экспертность в этой области. «Теперь мы стали „сапожником с сапогами“», – сказал он.

Новый центр служит одновременно нескольким целям. Во-первых, это площадка, где можно продемонстрировать заказчикам возможности аддитивных технологий, поскольку на рынке еще не все понимают, какие преимущества они открывают и как их использовать наиболее эффективно. В частности, в центре уже выполняется изготовление образцов изделий заказчиков, планирующих приобретение оборудования, чтобы они смогли убедиться, что выбранное ими решение подходит для их задач. «Это служит реализации нашего подхода при работе с заказчиками, которые приобретают у нас оборудование, заключающегося в том, что мы поставляем не просто машины, а полноценные технологии. Нам важно убедиться, что заказчик сможет изготавливать свои изделия с помощью поставленных нами решений качественно и эффективно», – отметил Алексей Симаков.

Во-вторых, Центр аддитивных технологий должен стать местом для обмена опытом по данному направлению, где планируется в том числе знакомить представителей промышленности с новыми методами в области как 3D-печати, так и 3D-сканирования, моделирования и разработки изделий и технологических процессов под аддитивные технологии. На данный момент в центре уже подготовлен ряд тематик будущих тренингов и семинаров, ведется подготовка раздаточных материалов.

Следует отметить, что центр служит также базой для подготовки новых кадров. В нем уже проходят практику студенты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. ЦАТ сотрудничает и с Малоохтинским колледжем по программе среднего профессионального образования «Аддитивные технологии».

Третья цель – производство изделий аддитивными методами на контрактной основе. Как отметил Алексей Симаков, сейчас на российском рынке очень мало крупных производственных центров аддитивных технологий, а потребность в данном типе производства растет с каждым днем. Поэтому здесь есть возможность занять определенную долю рынка. При этом, по его словам, аддитивные технологии наиболее эффективны при единичном и мелкосерийном производстве, поэтому ожидать больших заказов на годы вперед не стоит, но уже сейчас в центре прорабатывается несколько крупных заказов, несмотря на то, что он был открыт совсем недавно.

«До настоящего времени аддитивные производства в нашей стране развивались по принципу FDM-ферм, включающих несколько десятков небольших 3D-принтеров. Поскольку эта технология 3D-печати доступна, предприятия начинали с нее, а затем наращивали объемы производства, докупая новые принтеры, – рассказал Алексей Симаков. – Мы же исторически привыкли работать с промышленными решениями, поэтому сейчас, фактически, вводим новые стандарты 3D-печати, продвигая такие технологии, как SLA, SLS, SLM. Они позволяют изготавливать сложные изделия из материалов с различными свойствами партиями, приближающимися к среднесерийным: в некоторых случаях до 10 тыс. шт. в год, и при этом такие методы оказываются экономически более целесообразными, чем, например, классическое литье».

О том, что представляют собой данные технологии, Алексей Симаков подробно рассказал нам на демонстрационно-производственных участках ЦАТ.

Участок лазерной стереолитографии (SLA)

На участке ЦАТ, который мы посетили первым, расположены две установки лазерной стереолитографии, на которых производится 3D-печать изделий из пластика. Первая машина – EP-A650 компании Eplus3D – позволяет печатать достаточно крупные изделия, с габаритами до 650 × 600 × 400 мм. Вторая установка обладает несколько меньшей областью печати – 450 × 450 × 350 мм. Это машина iSLA-450Pro, выпущенная еще под брендом Shining 3D. «Ранее компания Eplus3D была дочерней компанией Shining 3D, специализировавшейся на промышленном аддитивном оборудовании, а в 2021 году она стала независимой и с этого момента выпускает установки под собственным брендом, – рассказал Алексей Симаков. – Мы являемся ее официальным дистрибьютором, работаем с ней уже более восьми лет».

Печать по технологии SLA, как следует из ее названия, выполняется с помощью лазера. Например, в установке EP-A650 применяется лазер диодной накачки с длиной волны 355 нм и мощностью порядка 1,5 Вт. Диаметр луча лазера составляет около 15 мкм. Лазер располагается в верхней части установки, а в нижней ее части находится стол, способный перемещаться по вертикальной оси, под которым расположена емкость с фотополимерной смолой. На первом шаге стол окунается в емкость, и на его поверхности образуется слой смолы, который затем выравнивается ракелем. Толщина выровненного слоя на данном оборудовании составляет 100 мкм. После этого осуществляется отверждение определенных участков слоя лазерным лучом, отклоняемым по программе гальванометрическим сканатором. Затем процесс повторяется, пока изделие не будет полностью напечатано. Скорость печати достаточно высокая: например, на установке EP-A650 она может достигать 200 см3/ч.

Когда печать завершена, стол поднимается, деталь снимается со стола и отмывается от неполимеризованной смолы. Отмывка производится в две фазы: сначала в абсолютированном изопропиловом спирте, а затем в 20%-ном растворе спирта в УЗ-ванне. «Обычно детали отмывают вручную – сначала в „грязном“ спирте, который применяется многократно, а затем в „чистом“, который используется только один раз, а затем утилизируется. Мы же используем другой подход: спирт после первого этапа отмывки мы восстанавливаем, удаляя из него смытый с детали фотополимер путем УФ-засветки, а на втором этапе применяем ультразвуковую ванну. Это значительно сокращает расход спирта, снижает воздействие на персонал и, кроме того, позволяет автоматизировать процесс отмывки и уменьшить механическое воздействие на деталь, – отметил наш гид по Центру аддитивных технологий. – Качество отмывки при этом очень высокое. Но мы продолжаем работать над его повышением. Например, тестируем отмывку при повышенной температуре: современные УЗ-ванны позволяют задавать различные тепловые режимы». После отмывки деталь продувается воздухом для удаления остатков влаги.

В данной технологии печать детали выполняется на поддержках, обеспечивающих ее стабильное расположение в процессе изготовления. Печать поддержек выполняется при меньшей мощности лазера, что упрощает их удаление. Это, по словам Алексея Симакова, является одним из преимуществ промышленной SLA-технологии в сравнении с печатью на небольших установках.

После удаления поддерживающих структур изделие отправляется в печь с УФ-лампами с той же длиной волны, что и у лазера установки 3D-печати, для дополимеризации, в результате которой повышается прочность изделия.

Технология печати у обеих установок, имеющихся на участке, одинаковая, но, как нам рассказал Алексей Симаков, машина iSLA-450Pro более старая, она работает в компании еще с 2018 года. Помимо меньшей области печати, она несколько медленнее установки EP-A650 – примерно на 20%.

Две машины используются для печати различными фотополимерами. «Это оборудование требует загрузки большого количества материала. Чтобы заполнить емкость установки EP-A650, нужно иметь порядка 250 кг фотополимера, а для машины iSLA-450Pro – 120 кг. Кроме того, смена материала – процесс небыстрый. Поэтому логично использовать одну машину для печати одним материалом, а вторую – другим фотополимером», – отметил Алексей Симаков.

На момент нашего посещения ЦАТ на установке EP-A650 изготавливались изделия из АБС-подобного материала SH8900-H компании Eplus3D, а в машину iSLA-450Pro была загружена фотополимерная смола с низкой зольностью SH7000 того же производителя. По словам нашего гида, это два ключевых материала, применяемых в центре для SLA-печати. Первый из них по физическим свойствам приближается к АБС, хотя и обладает несколько меньшей предельной температурой эксплуатации и прочностью. Также он менее стоек к ультрафиолету, что в принципе характерно для фотополимеров, поскольку они чувствительны к УФ-излучению из-за самой технологии печати. Однако он хорошо обрабатывается и обеспечивает высокую адгезию различных грунтов, в том числе акриловых и эпоксидных, что позволяет легко его окрашивать, тем самым защищая от внешних воздействий. Кроме того, на него можно наносить и проводящие покрытия, например медные или содержащие графит, что можно использовать для задач экранирования. Данный материал применяется для производства, в частности, корпусов РЭА, крепежных изделий, прототипов и других полимерных изделий, в том числе требующих высокой точности геометрии.

Еще одно интересное применение АБС-подобного фотополимера – изготовление мастер-моделей для литья полиуретана в силиконовые формы, а также моделей, по которым затем выполняется формообразующая оснастка для укладки композитных материалов, таких как углеродная ткань, гибридная ткань карбон-кевлар, стекловолокно. Эта технология, по словам Алексея Симакова, востребована в том числе в таких областях, как космическая и авиационная техника, в особенности в малой авиации.

Материал SH7000 в целом стремится по своим свойствам к поликарбонату, но также уступает ему по ряду параметров: температуре эксплуатации, химической стойкости, стойкости к ультрафиолету. Однако, благодаря малому образованию золы при сжигании, он отлично подходит для изготовления выжигаемых мастер-моделей для литья различных металлов и сплавов.

Возможность изготовления мастер-моделей с помощью технологии SLA обеспечивается в том числе тем, что получаемые таким образом изделия обладают низкой шероховатостью поверхности, а так как аддитивное производство позволяет достаточно быстро получать детали по данным САПР, этот подход значительно ускоряет и упрощает изготовление литьевой оснастки.

Мы поинтересовались у Алексея Симакова, из каких еще материалов могут печататься изделия по технологии SLA. «Для промышленной лазерной стереолитографии на нашем рынке представлено не так много материалов, – ответил он. – Раньше мы применяли немецкие материалы, но сейчас их сложно достать. В основном доступны китайские фотополимеры. Сейчас активно рорабатываем возможность производства подобных материалов на территории России. Но если сравнивать SLA с технологиями, как мы их называем, „малой“ фотополимерной печати – LCD и DLP, то там выбор материалов намного шире. Эти технологии также основаны на УФ-отверждении полимеров, но в них применяется другая длина волны, и напрямую использовать материалы для них в SLA-печати невозможно. Мы исследуем различные материалы, которые появляются на рынке, а также прорабатываем вопрос создания аналогов фотополимеров для LCD и DLP, которые будут использоваться в SLA-технологии. В принципе, это возможно, поскольку, по сути, это решается заменой фотоинициатора в их составе, однако всё это требует тщательной проработки, тестирований, испытаний. Но в целом номенклатуру применяемых материалов мы будем постепенно расширять».

Также мы задали вопрос о точности геометрии, которую обеспечивает данная технология. «Поскольку печать осуществляется полимерным материалом, точность в основном зависит от усадки, – ответил Алексей Симаков. – Если мы изготавливаем серию в несколько изделий, мы можем сначала напечатать два-три образца и затем скомпенсировать усадку в программе и подобрать параметры лазера таким образом, что у серийных изделий отклонения размеров будут в пределах ±0,05 мм».

Участок селективного лазерного спекания (SLS)

Технология SLS похожа на SLA: печать осуществляется так же послойно с помощью лазера и сканатора. Главное отличие заключается в том, что деталь получается не за счет отверждения фотополимерной смолы, а за счет спекания полимерного порошка, который слой за слоем накатывается на поверхность детали. На участке SLS Центра аддитивных технологий ГК «Диполь» установлена машина EP-P420 от Eplus3D, на которой на момент нашего посещения производилась печать материалом PA1201 этой же компании. В данной установке применяется волоконно-углекислотный лазер, более мощный, чем в машинах SLA – 60 Вт. Размер камеры этой установки составляет 420 × 420 × 450 мм, но поскольку требуется выдерживать определенный зазор между деталью и стенками камеры, максимальные размеры изготавливаемых изделий несколько меньше.

Материал PA1201 представляет собой полиамид белого цвета. «Эта технология применяется для печати различными материалами. Например, мы планируем реализовать в нашем центре печать термопластичным полиуретаном, поскольку есть заказчики, у которых объемы выпуска таковы, что эта технология им подойдет лучше, чем FDM, и прежде чем приобрести оборудование, они, конечно, хотели бы посмотреть, какой результат оно обеспечивает. Но пока таких запросов немного», – рассказал Алексей Симаков. Кроме того, он отметил, что скоро может появиться возможность SLS-печати полиэфирэфиркетоном. «Сейчас такие работы в мире проводятся. На рынке можно услышать мнение, что полиэфирэфиркетон по своим свойствам близок к Д16Т, и хотя это не совсем так, это действительно прочный, радиационно и химически стойкий материал. Однако он дорогостоящий, и печатать им непросто. Также эта технология применяется для печати полистирольным порошком – в основном для изготовления выжигаемых мастер-моделей», – добавил ведущий инженер-технолог ЦАТ. Также было отмечено, что в течение двух месяцев в центре планируется перейти на черный полиамид, потому что он более востребован на рынке. Процесс перехода с одного материала на другой в этой технологии довольно трудоемкий, потому что необходимо полностью удалить из машины ранее использовавшийся порошок.

Еще одна особенность SLS-технологии заключается в том, что печать производится при повышенной температуре, которая поддерживается постоянной на поверхности порошка. Это обеспечивается лампами нагрева, расположенными в камере установки, а также двумя встроенными пирометрами. В данном случае температура составляет порядка 180 °C. За счет нагрева порошок подспекается даже в тех местах, где на него не воздействует луч лазера. Подспеченный порошок обеспечивает поддержку детали, что определяет одно из преимуществ данной технологии – отсутствие необходимости в поддерживающих структурах. Это не только исключает из техпроцесса операцию удаления данных структур, но и снимает ограничения на ориентацию детали в процессе печати. Как нам рассказали в компании, это может быть важно, если необходимо получить изделие, например, с повышенной прочностью по определенной оси. В то же время из-за достаточно мощного лазера и нагрева порошка лампами SLS-печать характеризуется высоким потреблением электроэнергии. Так, установка EP-P420 потребляет порядка 24 кВт.

Для того чтобы процесс спекания был более равномерным, а усадка – прогнозируемой, спекание выполняется в инертной среде. Для этого машина оборудована встроенной азотной станцией, хотя в подобном оборудовании она может отсутствовать, а подача азота может осуществляться от внешней системы. Отдельная азотная станция в ЦАТ также имеется и используется в качестве дублирующей.

По завершении печати металлический куб, расположенный на платформе построения, в котором находится деталь, выгружается из камеры специальным подъемником и перемещается в систему рециркуляции порошка, где он снимается с детали, и деталь очищается от неспеченного материала. Очистка выполняется вручную, с помощью щеток. Удаленный подспеченный порошок переносится в отсек установки, в котором находятся сеялка и весы, где он просеивается и смешивается в определенных пропорциях с новым материалом. Эта смесь по пневматическому трубопроводу поступает в емкость установки для порошка и затем используется для печати следующего изделия. По словам Алексея Симакова, минимальная доля нового порошка в смеси составляет 30%, но в ЦАТ, как правило, эту долю выдерживают равной 70%.

Очищенная деталь подвергается пескоструйной обработке, а затем, если это необходимо, поступает на другой участок, где может быть выполнено ее шлифование, вплавление металлических втулок и другая постобработка.

Перед началом печати партии изделий установка SLS-печати требует прогрева, а после ее завершения она должна остыть. Эти процессы занимают по три-четыре часа, поэтому в ЦАТ стараются агрегировать заказы, чтобы уменьшить количество циклов включения и отключения установки и тем самым экономить время и электроэнергию.

Так как технология SLS представляет собой спекание порошка, шероховатость получаемых поверхностей выше, чем при SLA-печати. Но при этом детали изготавливаются непосредственно из соответствующего полимера, а не из аналогичного фотополимера, приближающегося по свойствам к литьевому пластику и уступающему ему по определенным параметрам. Так, PA1201 – это именно полиамид – прочный, гибкий материал с хорошей химической стойкостью и заявленной температурой эксплуатации до 150 °C. Это, как рассказали нам в ЦАТ, позволяет применять SLS-печать данным материалом для изготовления не только корпусов различных приборов и электронных устройств, в том числе носимых, но и деталей, применяемых, например, в авиации.

Участок печати послойным нанесением (FDM), полимеризацией засветкой через ЖК-экран (LCD) и проекционной засветкой (DLP)

Следующий участок ЦАТ оборудован рядом установок для печати небольших изделий. Технология FDM представлена оборудованием китайской компании Flashforge. У данного производителя, как рассказали нам в ЦАТ ГК «Диполь», есть как небольшие базовые установки, которые применяются в том числе в учебных заведениях для обучения технологии FDM, так и крупногабаритные 3D-принтеры с активными термокамерами для печати более сложными термопластами. Помимо решений данной компании, «Диполь» предлагает на российском рынке отечественное оборудование Volgobot.

FDM-печать заключается в экструдировании (иными словами, выдавливании) термопласта на стол установки, где он застывает, слой за слоем формируя деталь. «Это, пожалуй, самая распространенная в мире технология 3D-печати, – отметил Алексей Симаков. – Наверное, все, кто занимается аддитивными технологиями, когда-то начинали с нее. У FDM очень низкий порог входа: сейчас на российском рынке вполне можно купить простой FDM-принтер начального уровня за 10–15 тыс. руб.».

По его словам, за счет своей распространенности технология FDM обладает рядом преимуществ, одним из которых является широкий ассортимент материалов, в том числе российских. На данный момент «Диполь» работает в основном именно с отечественными пластиками. Они дешевле импортных аналогов. При этом часть задач планируется закрывать материалами компании Flashforge.

Технология FDM продолжает развиваться. По словам Алексея Симакова, одной из тенденций данного развития является высокотемпературная печать инженерными пластиками. В частности, компания Volgobot предлагает установки с подогревом камеры до 250 °C. В ассортименте Flashforge есть также высокоскоростные принтеры, что актуально для организации серийных производств небольших изделий из сравнительно дешевого пластика – FDM-ферм.

«Малая» фотополимерная печать подобна технологии SLA в том смысле, что деталь в этом случае формируется посредством послойного селективного УФ-отверждения фотополимера, но при этом вместо лазера используется либо УФ-лампа, которая засвечивает материал через жидкокристаллическую матрицу, затеняющую те области, которые не должны полимеризоваться (технология LCD), либо УФ-проектор, непосредственно формирующий изображение для засветки слоя (технология DLP). В этих технологиях применяется длина волны от 385 до 405 нм.

«LCD и DLP нашли широкое применение в стоматологии и изготовлении ювелирных изделий. Отчасти этим обусловлен широкий выбор фотополимеров для данных технологий: доступны и воскоподобные, и силиконоподобные материалы, и полимеры с повышенной прочностью, гибкостью и т. п., – отметил Алексей Симаков. – На таком оборудовании изготавливаются небольшие изделия, поэтому в основном это настольные решения, не требующие загрузки большого количества фотополимера. Поэтому мы, в частности, отрабатываем на „малой“ фотополимерной печати новые материалы. Тестировать сотни килограмм, необходимых для загрузки SLA-установок, – слишком дорого, учитывая, что материал может оказаться неподходящим, а установки LCD и DLP позволяют загружать всего несколько килограмм или даже сотни грамм, что позволяет экспериментировать с новыми материалами. Хотя, как я уже говорил, для применения в оборудовании SLA такие материалы в дальнейшем потребуют замены фотоинициатора».

Также в ЦАТ активно прорабатывается применение технологий FDM, LCD и DLP для изготовления литьевой оснастки. Например, по словам сотрудников центра, воскоподобные материалы могут применяться для изготовления выплавляемых моделей для литья медных сплавов, что может найти применение в радиоэлектронной, авиационной, космической промышленностях. Также в ЦАТ были проведены испытания фотополимера российского производителя с заявленной максимальной рабочей температурой 220 °C. Фактически испытания проводились при температуре 200 °C, но этого достаточно для изготовления частей пресс-форм для термопластавтомата (ТПА). При этом рамка пресс-формы выполняется из металла по классической технологии, а формообразующие элементы – методом фотополимерной печати. Процесс изготовления такой пресс-формы значительно проще и дешевле, а ее ресурс хотя и уступает ресурсу металлической пресс-формы, но вполне достаточен для среднесерийного производства.

Еще один проект, находящийся в проработке в ЦАТ ГК «Диполь», – применение высокотемпературного фотополимера для печати формообразующей оснастки, в которую укладывается композитный материал, после чего он вместе с оснасткой помещается в автоклав. Таким образом, готовое изделие можно получить без применения мастер-модели.

«Аддитивные технологии позволяют изготавливать различные изделия из разных материалов. Но нужно помнить, что они не являются полной заменой классических технологий, таких как литье, – подчеркнул Алексей Симаков. – 3D-печать особенно хороша для получения высокотехнологичных деталей, изготавливаемых в небольших количествах. Если к нам приходит заказчик, которому нужно производить миллионы изделий из простого пластика, мы не будем предлагать ему купить большое количество FDM-принтеров, потому что понимаем, что результат его не удовлетворит. Мы посоветуем ему использовать ТПА. Но аддитивные технологии могут соседствовать с классическими и часто помогают ускорить и удешевить изготовление оснастки для них. Мы планируем приобрести себе собственный ТПА для отработки изготовления пресс-форм и мастер-моделей с помощью 3D-печати».

Участок печати металлами методами селективного лазерного плавления (SLM) и прямого построения (DMT)

«Эта машина, наверное, самая интересная в нашем центре», – так охарактеризовал установку SLM-печати EP-M300 от компании Eplus3D наш гид по ЦАТ. Печать металлом осуществляется подобно SLS-печати: слой порошка исходного материала наносится на платформу построения, затем с помощью луча лазера, отклоняемого сканатором, осуществляется селективный нагрев порошка, затем стол опускается, наносится следующий слой и т. д. Однако здесь происходит не спекание, а плавление порошка, поэтому применяется очень мощный лазер: у машины EP-M300 его мощность составляет 500 Вт. Печать выполняется с поддерживающими структурами, которые впоследствии удаляются с детали. И так же, как в SLS-технологии, процесс выполняется в инертной среде. «При работе с невзрывоопасными порошками может применяться азот, но если печать выполняется, например, алюминием или титаном, ее необходимо производить в аргонной среде, – рассказал Алексей Симаков. – Мы же всегда печатаем в аргоне, потому что это, помимо безопасности, обеспечивает бóльшую стабильность процесса».

Также он отметил, что современная технология SLM обеспечивает низкую пористость получаемых изделий, сопоставимую с достигаемой высококачественным литьем, а точность геометрических размеров на выходе обычно составляет порядка 0,15 мм, но при серийном выпуске с учетом корректировки процесса под конкретное изделие в ЦАТ достигается точность до 0,07 мм. Основным недостатком технологии остается шероховатость получаемых поверхностей: она может достигать Ra 8, что для многих задач слишком много. Однако снизить шероховатость можно с помощью постобработки: электрохимической полировкой (в случае нержавеющей стали), анодированием (в случае алюминия), галтовкой и другими методами. На данный момент в ЦАТ эти технологии отсутствуют, поэтому постобработка выполняется у контрагентов, но существуют планы по реализации некоторых видов постобработки в рамках центра.

Рабочая область установки EP-M300 имеет размеры 300 × 300 × 400 мм, средняя скорость печати составляет 10 см3/ч. Принтер, работающий в ЦАТ, оборудован одним лазером, но в установках данного типа может применяться и два лазера, что позволяет печатать две небольшие детали одновременно либо одну деталь с удвоенной скоростью. Но в последнем случае необходима точная калибровка и синхронизация лазеров, поэтому, если нет острой необходимости увеличить производительность, использование одного лазера более целесообразно.

Печать может выполняться разными металлами и сплавами. На момент нашего посещения ЦАТ, в нем были отработаны технологии печати сталью 316L китайского производства и российским алюминиевым сплавом Rusal RS-300 и планировалась проработка применения других материалов, ключевыми из которых, по словам представителей центра, являются титан и инконель, поскольку они очень востребованы в космической, авиационной и других высокотехнологичных отраслях.

После печати весь лишний порошок просеивается (взрывоопасные материалы просеиваются в инертной среде), сушится в вакуумной печи и используется повторно, поэтому потери материала очень малы – менее 1%.

Поскольку печать выполняется на платформе построения из того же материала, что и будущая деталь, напечатанное изделие сплавляется с платформой. Поэтому поддерживающая структура нужна еще и для того, чтобы можно было отделить деталь от платформы, не повреждая само изделие. После разделения изделие отправляется на отжиг, а платформа – на удаление остатков поддерживающих структур. На данный момент удаление производится вручную, с помощью угловой шлифовальной машины. «Очень высокой плоскостности поверхности платформы не требуется, поскольку поддерживающие структуры компенсируют небольшие неровности. Поэтому обработки обычной „болгаркой“ бывает достаточно. Если неровности становятся слишком большими, мы отправляем платформу контрагентам для снятия слоя материала с ее поверхности и шлифовки, и платформа снова готова к нескольким циклам печати, – пояснил Алексей Симаков. – Но в будущем мы планируем приобрести установку для удаления поддерживающих структур. Это может быть ленточнопильный станок, но мы склоняемся к электроэрозионной машине, во-первых, потому что для таких габаритов цена ленточнопильного станка будет сравнима с электроэрозионной установкой, а во-вторых, потому что электроэрозионную обработку можно использовать и для других задач, востребованных у заказчиков. Да и качество реза у электроэрозии лучше».

Кроме машины EP-M300, на участке есть SLM-принтер EP-M150Pro с цилиндрической областью построения диаметром 150 и высотой 230 мм, а также установка с областью построения 120 × 120 × 100 мм, которая используется в основном для тестирования новых материалов и отработки режимов печати. Несмотря на относительно малую мощность лазера – около 200 Вт, она позволяет работать в том числе с различными жаропрочными сплавами.

Еще одна технология 3D-печати металлами – печать методом прямого построения (DMT, также называемая DED) – представлена в ЦАТ принтером MX-Lab компании InssTek. В данной технологии порошок подается головкой печати непосредственно в заданную область и в тот же момент сплавляется лазером. Печать выполняется в инертной среде. Качество печати на данной установке, как рассказал Алексей Симаков, несколько хуже из-за более крупной фракции порошка, но преимуществом этой установки является то, что в ней шесть емкостей, в которые можно загрузить шесть разных материалов с размером частиц порошка от 60 до 150 мкм и выполнять печать градиентно меняющимся составом, изготавливать биметаллические изделия или просто наносить на напечатанную деталь покрытие из другого металла, например жаропрочного или с иными СВЧ-характеристиками.

3D-сканирование и реверс-инжиниринг

После посещения демонстрационно-производственных участков Центра аддитивных технологий Алексей Симаков показал нам подразделение, где выполняется 3D-сканирование изделий и их реверс-инжиниринг.

«Поскольку 3D-печать и 3D-сканирование исторически работают рядом друг с другом, может сложиться мнение, что они являются частями одного процесса. Но это не совсем так, – отметил он. – 3D-cканеры – это всё же инструмент для измерений. Наши сканеры даже внесены в Госреестр СИ и, в принципе, они могут использоваться как метрологическое оборудование. Самый точный сканер, имеющийся у нас, обладает погрешностью измерений 0,02 мм ± 0,015 мм / м. При этом полученные с помощью 3D-сканера данные о геометрии изделий могут использоваться как для последующей 3D-печати, так и для других целей, в том числе для реверс-инжиниринга деталей, изготавливаемых по традиционным технологиям. В этом случае мы можем подготовить рабочую КД на основе данных 3D-сканирования. В то же время для реверс-инжиниринга не всегда необходим 3D-сканер. Бывают случаи, когда проще обмерить деталь обычным штангенциркулем, и мы такие простые подходы тоже используем в нашей деятельности».

По словам ведущего инженера-технолога ЦАТ, реверс-инжиниринг сейчас очень востребован, в особенности в условиях необходимости быстрого замещения продукции зарубежных производителей, ушедших с российского рынка, и центр получает большое количество запросов на данную услугу, причем запросы поступают из различных отраслей от производства бытовой техники до космической промышленности.

Результатом работы 3D-сканера является «облако точек», описывающее поверхность объекта. Затем над этими данными выполняется процесс триангуляции: из координат отдельных точек формируется полигональная модель поверхности в формате stl, obj или подобном. Такой файл содержит большое количество полигонов и может иметь размер от нескольких сотен МБайт до десятков и даже сотен ГБайт. Работать с такой моделью напрямую очень сложно, это требует гигантских вычислительных ресурсов, поэтому на следующем шаге из нее создается параметрическая модель с UV-разверткой, основанная на геометрических примитивах. Если триангуляция выполняется полностью автоматически, то создание параметрической модели удается автоматизировать лишь частично. Как нам рассказали в ЦАТ, хотя существующие программные инструменты позволяют значите"";s: