Андрей Рипецкий, к.т.н.

генеральный директор ООО «Аддитивные технологии»

Сергей Зеленов, к.т.н.

технический директор ООО «Аддитивные технологии»

Алексей Дренин, к.т.н.

начальник отдела перспективных разработок ООО «ЮЗТС»

Дмитрий Колчанов, к.т.н

ведущий инженер отдела перспективных разработок ООО «ЮЗТС»

В наше время на любом промышленном предприятии в России тяжело найти технолога и конструктора, которые не слышали про 3D-печать металлом. Но одновременно с ростом популярности редко можно увидеть системный подход к аддитивным технологиям в рамках существующих жизненных циклов производства высокотехнологичной продукции.

Компании ООО «Аддитивные технологии» и  ООО «ЮЗТС» (Южный завод тяжелого станкостроения) ведут совместную работу по созданию программно-­аппаратных комплексов АСТРЕЙ, которые позволят конечным пользователям реализовать ту экосистему аддитивного производства (АП), которая им необходима.

Можно и нужно сразу разделять задачи производства изделий, имеющие требования по стабильности свой­ств и те, к которым такие требования не предъявляются. Поскольку в 3D-печати металлами, как в анекдоте про начинающего программиста, который считает, что в одном мегабайте 1000 килобайт, а приобретая опыт и профессиональную деформацию — что в одном килограмме 1024 грамма, поэтому важно входить в эту область, опираясь на адекватные и надежные инструменты. Какие же сегодня основные инструменты в промышленном аддитивном производстве? Это оборудование и материалы, программное обеспечение и образование/компетенции людей.

Важно отметить, что многие зарубежные и популярные комплексные решения от известных производителей — это, в первую очередь, опыт, полученный на протяжении десятилетий упорного труда сотен сотрудников, решение задач от крупных промышленных предприятий с их непосредственным участием и определенные недостатки, которых не лишены эти решения. Часто мы не можем увидеть эти недостатки в дорогих зарубежных продуктах ввиду отсутствия отечественных альтернатив и из-за отсутствия соответствующего опыта и глубокого понимания процессов.

Одновременно с этим, возвращаясь к вопросу о требованиях к изделиям, которые планируется производить по технологии селективного лазерного плавления (СЛП), нужно принять во внимание, что ее текущий уровень требует отработки и верификации технологических параметров на программно-­аппаратном уровне с учётом свой­ств выбранного материала. Эта особенность предполагает концентрацию внимания на всем, что влияет на стабильность, скорость и стоимость АП: методики отработки параметров 3D-печати, соответствующие технологические режимы, особенности общей архитектуры программно-­аппаратных комплексов.

Очень важно понимать стоимость и время внедрения выбранной технологии в конкретные производственные задачи — она может отличаться на порядки. Визуализация возможной экосистемы аддитивного производства показана на рис. 1.

Рис. 1. Пример организации экосистемы аддитивного производства

Особую роль в АП занимают процессы технологической подготовки производства. Эта та часть уровня «игры», где приходится решать, а для чего, собственно, пользователь собирается использовать «волшебную таблетку»: для печати изначально спроектированного под АП изделия, адаптированного под АП или изделия, проектируя которое вообще никто про АП не думал. В интернете и мировой практике можно увидеть много различных примеров, с изделиями, которые расположены из нижнего угла камеры построения в противоположный верхний, с соответствующим количеством поддерживающих структур. Безусловно, можно применять СЛП 3D-печать и в таких вариациях, но, желательно с изначальным полным пониманием происходящего. Ниже, на рис. 2 можно увидеть один из вариантов схемы-­алгоритма технологической подготовки.

Очень важное место в процессе технологической подготовки занимает программный комплекс, в котором она реализуется. Необходимо отметить, что в мировой практике лидеры рынка АП, как производители оборудования, так и конечные пользователи, уже находятся «в плену» существующих решений. Используемые комплексы, безусловно, обладают серьезным функционалом-­инструментарием для решения технологических задач, отработанным на разных аппаратных платформах. 

Рис. 2. Схема-алгоритм технологической подготовки процесса СЛП

Но с чем сталкиваются пользователи таких зарубежных программ? Первое и самое важное — это отсутствие или сложность в технической поддержке, адаптации и доработке этих комплексов под задачи конечного пользователя. Многие из ранее поставляемых решений сейчас недоступны в России. Некоторые комплексы реализованы в виде закрытой архитектуры и не позволяют менять параметры процесса и проводить тонкую настройку. С одной стороны, не всем она нужна, но с другой стороны, сегодня такая тонкая настройка — это серьезный инструмент получения оптимальных или близких к ним параметров АП с учётом возможных сложностей с поставкой конкретного материала и других форс-мажорных обстоятельств.

Даже в самых дорогих зарубежных решениях успех их использования — это компетенции и опыт людей — технологов и операторов, которые с этими решениями работают. На актуальном уровне развития пока все важные решения принимает человек, и он же контролирует процесс производства. А с учётом того, что заполненная даже на 50% камера современного принтера — это не одни сутки его работы, то стоимость ошибки бывает достаточно высока. Как можно с учётом всего вышеперечисленного найти баланс для реальных производственных задач? Одно из возможных решений — это уменьшение количества операций, как связанных с аппаратной частью, так и действий необходимых оператору принтера для подготовки сцены печати (рис. 3).

Рис. 3. Сцена печати. Слева виртуальная компоновка в среде технологической подготовки Глайсер. 

Справа напечатанные изделия на установке АСТРЕЙ

Нашей команде удалость значительно сократить время на компоновку сцены и проектирование поддерживающих структур (показаны голубым цветом на рис. 3), наличие которых пока является необходимой оснасткой для производства изделий с минимальными отклонениями геометрической формы. Постоянно ведется работа над инструментами оптимизации геометрии поддерживающих структур и связанных с ними технологических параметров, так как это в значительной степени влияет на машинное время, расход материала/инертного газа и время постобработки изделий.

Но одним из важнейших достижений является единая информационная среда Глайсер, которая позволяет не только полностью подготавливать задание на печать, но и управлять самой установкой в процессе синтеза. Схема единой информационной среды показана на рис. 4.

Рис. 4. Единая информационная среда экосистемы АП 

Почему же так важна единая среда для подготовки, управления и контроля печати? Команда наших двух компаний обладает большим опытом использования широкой номенклатуры промышленного оборудования АП. Этот опыт показал, что решение сложных технологических и производственных задач с большим количеством промежуточных этапов, необходимостью трансляции (передачи) данных в разные форматы очень часто приводит к возникновению ошибок и браку, а иногда и вообще не позволяет достигнуть цели.

Рис. 5. Технологическая подготовка и управление печатью в продуктах линейки Глайсер (www.atssgroup.com) на 3D-принтерах Астрэй (www.astreyslm.ru)

Самый основной элемент экосистемы АП — аппаратная часть. Установки Астрей (рис. 5) — это промышленные 3D-принтеры, полностью разработанные и выпускаемые в России на предприятии ООО «ЮЗТС». В основе оборудования лежат многолетние научно-технические разработки выпускников ведущих технических вузов страны, 90% комплектующих производится на территории Российской Федерации. Сегодня линейка установок представлена двумя моделями: Астрей A150 и Астрей A305, которые можно использовать отдельно и в единой экосистеме. Также компания «ЮЗТС» занимается разработкой и производством необходимого инфраструктурного оборудования: установок рассева для порошков и специальных пылесосов. Конструктивные особенности установок позволяют обеспечить стабильность и экономичность процессов синтеза.

 С учётом колоссального опыта компании в области станкостроения и широкой номенклатуры выпускаемого металлообрабатывающего оборудования (https://www. uzts-sedin.com) ООО «ЮЗТС» может комплексно решать задачи создания экосистемы аддитивного производства. Так как любая установка АП — это инструмент создания заготовки, требующей постобработки и нередко на многоосевых ЧПУ станках.

Работа над программно-­аппаратными комплексами интенсифицируется. В активной фазе находятся задачи по совершенствованию много лазерных установок и масштабированию применения систем технического зрения и искусственного интеллекта для автоматизации и контроля систем принтера и процессов синтеза.

Сегодня компании, обладающие опытом использования промышленной СЛП 3D-печати, не рассматривают эту технологию как универсальную и позволяющую решить любые задачи. С помощью АП можно синтезировать изделия, которые сложно, дорого или невозможно изготовить с помощью традиционного производства. К ним относятся сверхсложные формы и легкие конструкции. В некоторых случаях с помощью AП можно получить уникальные микроструктурные характеристики, механические свой­ства и сочетания материалов. Но сейчас, как никогда раньше, создание эффективных ЭКОСИСТЕМ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА (рис. 6) зависит от синергии всех, кто видит в этих технологиях потенциал и новые возможности.

Рис. 6. Экосистема аддитивного производства как элемент формирования рынка АП

Ссылка на страницу ООО «АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

 в сети ВКонтакте:

Источник журнал "Аддитивные технологии" № 2-2025