[КЕЙС] 3D-печать для сельского хозяйства, ВИМ

В 2018 году Top 3D Shop поставила в Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) несколько единиц аддитивного оборудования — 3D-принтеры PICASO 3D X Pro, Total Z Anyform 950-PRO Hot+, FormLabs Form 2, Sinterit Lisa, а также два 3D-сканера — Shining 3D EinScan Pro 2X Plus и RangeVision Pro 5M. Спустя два года сотрудники лаборатории перспективных материалов, одного из структурных подразделений ВИМ, поделились своими впечатлениями от работы с новейшим 3D-оборудованием.

Узнайте больше об этом интересном кейсе, прочитав статью.

 

Об организации

 

«Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук» (ВИМ: “Всероссийский институт механизации”) был организован в 1930 году постановлением Народного комиссариата земледелия СССР. За 90 лет существования институт неоднократно менялся структурно, но при этом всегда сохранялись его основные направления деятельности — разработка и внедрение новейшей сельскохозяйственной техники.   

В 2016 году произошло объединение ВИМ с научно-исследовательскими институтами ГОСНИТИ (диагностика и ремонт сельскохозяйственной техники) и ВИЭСХ (электрификация сельского хозяйства).

Сегодня Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ представляет собой крупнейшее в России, уникальное в своем роде научно-исследовательское объединение, предоставляющее услуги для всех отраслей сельского хозяйства.

  

Как это делалось раньше

Одним из ключевых направлений в деятельности ВИМ является изготовление макетов, прототипов и опытных образцов новой техники и оборудования для сельского хозяйства. Еще 5-10 лет назад все прототипы в центре изготавливались традиционными методами металлообработки и деревообработки. Использование полимеров ограничивалось лишь литьем в силиконовые формы и токарно-фрезерной обработкой. Полимерные детали сложной геометрии — крышки, заглушки, корпусные детали — использовались крайне редко. Способы их изготовления были сложны или недоступны.

Активное изучение рынка аддитивного оборудования специалисты центра начали в конце 2017-го — начале 2018 года. К этому времени уже был получен положительный опыт единичного и мелкосерийного производства прототипов с использованием услуг сторонних подрядчиков: на стороне заказывались мастер-модели, которые затем дорабатывались специалистами центра.

  

Выбор оборудования 

  

 

Рассматривалось сразу несколько аддитивных технологий. В итоге было выбрано оборудование, работающее с полимерами — для сельского хозяйства особо востребована стойкость к агрессивным средам и ультрафиолетовому излучению.

После тщательного изучения имеющегося на рынке 3D-оборудования было решено остановиться на трех наиболее популярных и доступных аддитивных технологиях — FDM, SLA и SLS.

 

FDM

3d-принтер Total Z Anyform 950-PRO Hot+

 

При выборе FDM-принтеров инженеры отталкивались от наиболее распространенных задач лаборатории — быстрое изготовление макетов и прототипов. В итоге выбрали две модели — Total Z Anyform 950-PRO Hot+ и PICASO 3D X Pro.

На 3D-принтере российской компании Total Z остановились сразу по нескольким причинам: специалистов устраивала область построения, составляющая более 500 мм по каждой из сторон, возможность работы с высокотемпературными пластиками и доступность производителя, а руководство центра — цена, которая выгодно отличалась от других промышленных FDM-принтеров, таких как Fortus.

Было решено приобрести двуэкструдерную модификацию Anyform 950-PRO (на фото выше): один из экструдеров принтера рассчитан на работу как с обычными, так и с инженерными высокотемпературными пластиками — поликарбонатом, PPSU, PEEK, PEKK, Ultem (диаметр прутка — 1,75 мм), а второй, благодаря увеличенному диаметру прутка (2,85 мм) — на быструю, не требующую высокой точности печать наиболее распространенными пластиками типа ABS и PETG.

 

3D-принтер PICASO 3D X Pro

 

3D-принтер PICASO 3D X Pro с двумя соплами был приобретен как дополнительный аппарат для печати небольших макетов и прототипов, размеры его рабочей камеры — 200 x 200 x 210 мм.

 

Лапа культиватора с рыхлителем

Лапа культиватора с рыхлителем

 

Кронштейны крепления датчиков для сельскохозяйственного трактора

Кронштейны крепления датчиков для сельскохозяйственного трактора

 

Корпуса для фильтрующего устройства

Корпуса для фильтрующего устройства

 

Кронштейны и корпуса для датчиков

Кронштейны и корпуса для датчиков

 

Крышки для фиксации расходомеров

Крышки для фиксации расходомеров

  

SLA

SLA-принтер Formlabs Form 2

 

Для изготовления более точных небольших деталей инженеры выбрали популярный SLA-принтер Formlabs Form 2. С его помощью в лаборатории изготавливают мастер-модели для последующих отливок, а также печатают детали для проверки на собираемость. По словам специалистов, полученные на Form 2 готовые детали ничем не отличаются по внешнему виду от литых: поверхность получается практически идеально ровная, шлифовка требуется в редких случаях. Среди примеров использования — изготовление червячных валов, мелкомодульных зубчатых колес, различных малогабаритных корпусов.

 

Зубчатые колеса (SLA)

 Зубчатые колеса (SLA)

 

Колпаки для распылителей типа TR и зубчатые колеса для привода регулятора давления на опрыскиватель

Колпаки для распылителей типа TR и зубчатые колеса для привода регулятора давления на опрыскиватель

 

Опытная партия щелевых распылителей для сельскохозяйственных опрыскивателей

Опытная партия щелевых распылителей для сельскохозяйственных опрыскивателей

 

Мастер-модель коннектора для литья из полиуретана

 Мастер-модель коннектора для литья из полиуретана

  

SLS

SLS-принтер Sinterit Lisa

 

Третий тип аддитивного оборудования — SLS-принтеры, — выбирался с оглядкой на размеры рабочей области и доступный бюджет. В этом сегменте также рассматривалось несколько устройств, таких как немецкая EOS Formiga. Однако выход новой модели от польской Sinterit расставил все точки над i — было решено остановиться на Sinterit Lisa.

Специалисты лаборатории используют SLS-принтер преимущественно для печати небольших полнофункциональных прототипов. С помощью Lisa производят готовые к работе под нагрузкой корпусные детали, кронштейны, крепления.

 

Зубчатое колесо привода насоса

 Зубчатое колесо привода насоса

 

Экспериментальная партия корпусов для установки датчиков расстояния

Экспериментальная партия корпусов для установки датчиков расстояния

 

Червячные валы привода руки-манипулятора

Червячные валы привода руки-манипулятора

 

По приблизительным подсчетам инженеров, соотношение работ, выполняемых в лаборатории с помощью той или иной аддитивной технологии, составляет: 

FDM — 90%, 

SLA — 5%, 

SLS — 5%. 

При этом замечена тенденция на увеличение количества задач, связанных с изготовлением деталей по технологии SLS. Например, все чаще Sinterit Lisa задействуется для печати мелких опытных партий полнофункциональных изделий предназначенных для проведения комплексных научно-исследовательских испытаний.

  

Экструдер филамента FLD-35 

Экструдер филамента FLD-35

 

Лаборатория также приобрела линию экструзии филамента FLD-35 — это оборудование производит пригодный для 3D-печати пластиковый пруток из намного более дешевых гранул, в виде которых химические предприятия поставляют полимеры.

Расчеты показали, что его применение будет выгодно в долгосрочной перспективе. Сегодня линия не только закрывает собственные потребности лаборатории в основных видах пластика, но и используется для экструзии на заказ. Инженеры успели испытать оборудование в производстве филамента из ABS, SBS и флексов, в планах — наладить производство филамента из поликарбоната.

 

Филамент, изготовленный на линии экструзии FLD-35

Филамент, изготовленный на линии экструзии FLD-35 

 

Сегодня аддитивное оборудование лаборатории задействовано круглосуточно. Наибольшей востребованностью пользуется Total Z Anyform 950-PRO Hot+ — очередь на печать расписана на несколько месяцев вперед. Был дополнительно закуплен Total Z Anyform 250-G3 — не хватало области построения PICASO 3D X Pro.

Облицовочные панели для проектируемого оборудования, корпусные изделия для климатических камер разных типов — FDM-печать применяется в ходе реализации многих проектов центра.

 

Элементы стенда для доения КРС

 Элементы стенда для доения КРС

 

Корпус увлажнителя для климатической камеры

 Корпус увлажнителя для климатической камеры

 

Элементы гидроциклона

Элементы гидроциклона

 

 Корпус устройства контроля влажности воздуха и давления окружающей среды

 Корпус устройства контроля влажности воздуха и давления окружающей среды

 

Подвес крепления датчиков для БПЛА

Подвес крепления датчиков для БПЛА

 

Специалисты лаборатории печатают разнообразные макеты и прототипы устройств, деталей и приспособлений для животноводства и растениеводства. Например, с помощью принтеров было изготовлено большое количество деталей стенда для испытания автоматизированной доильной установки, изготовлен корпус робота-манипулятора.

 

Элементы стенда для доения КРС

Элементы стенда для доения КРС 

 

Рука-манипулятор для автоматизированной установки по сбору плодово-ягодных культур

Рука-манипулятор для автоматизированной установки по сбору плодово-ягодных культур 

 

В подтверждение своего названия, «Лаборатория перспективных материалов» также занимается экспериментальной деятельностью. Так, специалистам удалось отработать технологию нанесения металлизированных покрытий на изделия из ABS, напечатанные на FDM-принтерах. Результат: возможность создания экранированных корпусов для защиты датчиков от помех.

 

Экранированный корпус для установки датчиков на сельскохозяйственный трактор

Экранированный корпус для установки датчиков на сельскохозяйственный трактор

 

 Процесс нанесения металлизированного покрытия на изделие

 Процесс нанесения металлизированного покрытия на изделие

  

3D-cканеры

3d-сканер Shining 3D EinScan Pro 2X Plus

 

Одновременно с 3D-принтерами были приобретены и два сканера — Shining 3D EinScan Pro 2X Plus и RangeVision Pro 5M. 

 

3d-сканер RangeVision Pro 5M

 

Изначально устройства выбирались под задачи, связанные с реверс-инжинирингом: в Центре ВИМ имеются образцы старой техники, к которым не сохранились чертежи — приходится оцифровывать некоторые изделия со сложной геометрией.

 

Половина ступицы. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

Половина ступицы. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

 

Винт. Контроль геометрии. Изучении геометрии отлвки винта. Размер: до 0,5 м

Винт. Контроль геометрии. Изучении геометрии отлвки винта. Размер: до 0,5 м 

 

Деталь металлизатора. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

Деталь металлизатора. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

 

Корпус коробки передач. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер до 0,5 м

Корпус коробки передач. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер до 0,5 м

 

Лопасть. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

Лопасть. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

 

Часть корпуса фары. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

Часть корпуса фары. Обратное проектирование. Создание модели по образцу. Размер: до 0,5 м

 

Ручной EinScan Pro 2X Plus используется для сканирования крупных деталей, которые не требуют высокой точности оцифровки. Стационарный RangeVision Pro 5M применяют для работы с относительно небольшими изделиями, размерами до 200х200х200 мм.

По словам специалистов лаборатории, используются сканеры регулярно, но нечасто. Преимущественно — для восстановления чертежей, по которым затем производятся те или иные детали. Иногда сканеры применяются и для контроля качества.

 

Нюансы в работе

По словам специалистов лаборатории, критические проблемы в работе 3D-оборудования за два года выявлены не были. Некоторые мелкие недочеты и сбои исправлялись как самостоятельно, так и с привлечением соответствующих сервисных служб.

Пришлось приноровиться к работе с PICASO 3D X Pro — нестандартные сопла требовали особо аккуратной настройки. Проблемы при печати PLA были решены с помощью рекомендаций от производящей филамент компании REC.

Крупногабаритный принтер Total Z, новую на тот момент модель, лаборатория приобрела одной из первых в России. Благодаря отлаженной работе сервисной службы компании-изготовителя все мелкие проблемы в работе Anyform 950-PRO решались довольно оперативно, прямо на месте.

Фотополимерный Formlabs Form 2 проработал два года без каких бы то ни было нареканий.

Sinterit Lisa осваивали методом проб и ошибок: на момент прихода SLS-принтера еще не были готовы подробные инструкции по эксплуатации.

Среди плюсов можно отметить открытый софт, используемый для работы с принтерами Total Z. Некоторые задачи лаборатории требуют перехода в «ручной режим» — точно настроить заполнение, изменить толщину стенок и так далее. При работе с PICASO 3D не все это можно реализовать напрямую.

 

Планы

В ближайшее время будет запущена вакуумная формовка — оборудование было поставлено еще до карантина. Среди особенностей произведенной в Тольятти установки ТВФМ: трехзонная формовка: 1 х 2, 2 х 2 и 2 х 3 метра, две зоны нагрева, возможность работы с пластиком толщиной от 1 до 16 мм, автоматический и механический режимы. Оборудование будет использоваться и для реализации коммерческих задач, и для нужд лаборатории: планируется изготавливать габаритные корпусные изделия для тракторов — обвесы, крыши и так далее.

Кроме того, ведутся переговоры о поставке вакуумно-литьевой машины.

 

Выводы

Как рассказывают в лаборатории, если в 2019 году работники центра буквально присматривались к возможностям нового для них оборудования, то год спустя загрузка 3D-принтеров увеличилась в несколько раз, а реализация некоторых научных программ центра теперь зависит от аддитивных технологий.

Новейшие возможности лаборатории интересуют специалистов разных поколений — не только молодых студентов-магистров или аспирантов, но и сотрудников, проработавших в структурах ВИМ несколько десятков лет.

Узнать больше об опыте специалистов «Лаборатории аддитивных технологий ВИМ» в применении 3D-оборудования вы можете, задав им вопросы в социальных сетях: VKInstagramYouTube.

 
 

Теги: 

Top 3D Shop, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, 3D-принтер PICASO 3D X Pro, Total Z Anyform 950-PRO Hot+, FormLabs Form 2, 3D-сканер Shining 3D EinScan Pro 2X Plus и RangeVision Pro 5M, 3D-оборудование, 3D-печать для сельского хозяйства

Другие материалы:

 

Внимание!
Принимаем к размещению новости, статьи или пресс-релизы
со ссылками и изображениями. info@additiv-tech.ru