АО «НИИ «Экран» входит в состав АО «КРЭТ» Госкорпорации «Ростех» и является ведущим предприятием, работающим в интересах авиационной промышленности, над созданием авиационной радиотехнической аппаратуры, систем радиоэлектронной и оптико-электронной защиты самолетов и вертолетов от авиационных и зенитных ракетных комплексов.

В 2020 г. специалисты АО «Диполь Технологии» провели оснащение предприятия оборудованием для организации участка аддитивного производства изделий из фотополимеров.

Представляем вашему вниманию статью сотрудников АО «НИИ «Экран», посвященную возможностям и перспективам развития аддитивных технологий в производстве радиоэлектронной аппаратуры.

Роль аддитивных технологий в создании радиоэлектронной аппаратуры ответственного производства

Рассмотрены возможности применения аддитивных технологий в деятельности предприятия радиоэлектронной промышленности. Отмечено, что уже сейчас существует ряд производственно-технологических направлений, в которых 3D-печать может дать положительный эффект, несмотря на существующие трудности и недостатки.

Преимущества аддитивных технологий, а конкретно 3D-печати, перед традиционными способами производства уже достаточно хорошо известны. Это и снижение материальных затрат, и сокращение сроков разработки, и уменьшение трудоемкости. Одно из ключевых достоинств – достижение невозможных ранее характеристик деталей: сложная пространственная конфигурация, индивидуальность формы и конструкции («кастомизированные продукты»), особые эксплуатационные свойства в случае применения специфических материалов, созданных непосредственно для 3D-принтеров.

Аддитивные технологии активно применяются в авиастроении, например, для изготовления лопаток газотурбинных двигателей [1] и жаровых труб [2]; в машиностроении, в первую очередь, в литьевых процессах [3]; в автомобильной промышленности [4]; в медицине [5]; даже в строительстве [6] и пищевой промышленности [7].

Объем рынка аддитивных технологий увеличивается каждый год, в периоде 2021-2025 годов он будет расти ежегодно, по разным оценкам, на 18-26% [8].

Тем не менее, опыт общения с представителями отечественных предприятий радиоэлектронной промышленности показал, что в этой сфере 3D-печать не находит бурного отклика.

Существует ряд причин сложившегося положения, которые в принципе известны, но в условиях создания аппаратуры ответственного назначения их влияние усиливается.

1. Недостаточная разработанность системы стандартизации и сертификации аддитивных технологий и материалов.

2. Сложность и дороговизна адекватного контроля, особенно внутренней структуры.

3. Отсутствие сведений о стойкости к внешним воздействующим факторам и надежности материалов, в первую очередь полимеров, а также их сохраняемости в течение длительного времени.

4. Нехватка квалифицированного персонала: и конструкторов, и технологов, и операторов.

5. Высокая стоимость оборудования и материалов.

Кроме объективных факторов стоит выделить и субъективную причину: эффект «неоправданных ожиданий», когда от аддитивных технологий ожидают больше, чем может позволить приобретенное оборудование. Например, не хватает точности построения для печати тонкостенных деталей, большая шероховатость поверхности, низкая скорость печати или отсутствие возможности работать с другими материалами. В результате приходит разочарование и дискредитация аддитивных технологий в целом на отдельно взятом предприятии.

Однако, несомненно, аддитивные технологии – это одно из ключевых направлений развития современной индустрии. И, не смотря на перечисленные трудности, уже сейчас можно получить значительный эффект от их применения при создании радиоэлектронной аппаратуры.

Возможные направления применения аддитивных технологий при создании радиоэлектронной аппаратуры:

Габаритное макетирование.

Традиционное применение 3D-печати для изготовления макетов в целях сокращения сроков проектирования. Например, могут быть распечатаны макеты блоков радиоэлектронной аппаратуры для проработки вопросов установки на объекте размещения. Другой вариант – изготовление с помощью аддитивных технологий сложных узлов для проверки собираемости и работоспособности. Например, очень оперативно был изготовлен макет антенного устройства на основе антенны Кассегрена (рисунок 1) и проведены исследования по оценке функциональных параметров. Устройство состоит из более чем 30 деталей, и его производство традиционным методом было бы дороже в 2-3 раза. Другой пример – устройство для раскладки оптического волокна (рисунок 2).

Рис. 1 - Макет антенного устройства

Рис. 2 - Устройство для раскладки оптического волокна

Специальная технологическая оснастка для микроэлектронного и сборочно-монтажного производств.

Зачастую к специальной технологической оснастке для сборочно-монтажных и микроэлектронных производств не предъявляются жесткие требования по механической прочности или стойкости к внешним воздействиям. В связи с этим ее изготовление из полимеров, например, PLA, позволяет оперативно выполнить задачу и обеспечить участок потребной оснасткой. Например, держатели соединителей (рисунок 3) для участка сборки кабелей и жгутов, приспособление для шлифовки заготовок печатных плат (рисунок 4) или предметный столик с подсветкой для микроскопа (рисунок 5). Уже сейчас 3D-печать позволяет создать уникальную оснастку для решения многих специфических технологических задач.

Рис. 3 - Держатели соединителей для участка сборки кабелей и жгутов

Рис. 4 - Приспособление для шлифовки заготовок печатных плат

Рис. 5 - Предметный столик с подсветкой для микроскопа

Технологическая тара.

Аддитивные технологии дают оригинальное решение задачи межоперационного перемещения заготовок печатных и микрополосковых плат (рисунок 6). Технологическая тара может изготавливаться с учетом размера партии или объема загрузки оборудования, например, вместительности карусели установки вакуумного напыления. Кроме того, в ряде случаев целесообразно ввести цветовую дифференциацию для тары в зависимости от заказчика либо этапа технологического цикла. Также могут быть изготовлены индивидуальные футляры для оптических компонентов (рисунок 7).

Рис. 6 – Тара для перемещения заготовок печатных и микрополосковых плат

Рис. 7 - Индивидуальные футляры для оптических компонентов

Детали для нестандартного оборудования.

С помощью аддитивных технологий возможно изготовление корпусов и деталей для пультов и другого нестандартного оборудования временного или разового применения. Например, на рисунке 8 представлен корпус электронного модуля, предназначенный для настройки радиотехнического изделия, изготовленный из полимера, а на рисунке 9 – держатель для мощных электролитических конденсаторов для источника тока экспериментальной гальванической ванны.

Рис. 8 – Корпус электронного модуля

Рис. 9 - Держатель для мощных электролитических конденсаторов

Оснастка для антенных измерений.

Это одно из наиболее полезных применений аддитивных технологий при создании радиоэлектронной аппаратуры. 3D-печать позволяет изготавливать оснастку сложной формы, вплоть до полной идентичности с носителем. Это дает возможность повысить точность построения диаграмм направленности и измерений параметров антенных устройств (рисунки 10-11).

Рис. 10 – Оснастка для радиоэлектронной аппаратуры

Рис. 11 – Оснастка для радиоэлектронной аппаратуры

Ремонт и запасные части.

Аддитивные технологии раскрывают новые возможности и сфере ремонта и восстановления технологического оборудования. Например, на рисунке 12 представлены шестеренки для валов проявочного процессора участка изготовления фотошаблонов, а на рисунке 13 – корпус штекера прибора.

Рис. 12 – Валы проявочного процессора

Рис. 13 – Корпус штекера прибора

Антенны сложной конфигурации.

Применение аддитивных технологий при производстве конечных изделий в радиоэлектронике также возможно. В частности, при изготовлении антенн сложной пространственной конфигурации (рисунки 14-15). 3D-печать обеспечивает необходимую точность формообразования, что позволяет достигнуть требуемых электрических параметров, а также качество и надежность (при отработанных режимах), что подтверждается проведенными испытаниями по стойкости к внешним воздействующим факторам [9]. Экономический эффект достигается при изготовлении единиц и десятков изделий (при условии использования стандартного оборудования).

Рис. 14, Рис. 15 - Антенны сложной конфигурации

Еще одной точкой роста аддитивных технологий в радиоэлектронной промышленности может стать 3D-печать специальными материалами, например, радиопрозрачными, радиопоглощающими, сверхтермостойкими и другими материалами с заданными свойствами.

Все перечисленное выше позволяет снизить нагрузку на основное производство и снизить затраты при разработке и производстве радиоэлектронной аппаратуры ответственного применения, а также получить новое качество конечной продукции радиоэлектроники.

Библиографический список

1. Сотов Антон Владимирович, Смелов Виталий Геннадиевич, Носова Екатерина Александровна, Косырев Сергей Алексеевич Импульсная лазерная наплавка лопаток газотурбинных двигателей // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. №6-4.

2. Сотов Антон Владимирович, Проничев Николай Дмитриевич, Смелов Виталий Геннадиевич, Богданович Валерий Иосифович, Гиорбелидзе Михаил Георгиевич, Агаповичев Антон Васильевич Разработка методики проектирования технологических процессов изготовления деталей ГТД методом селективного лазерного сплавления порошка жаропрочного сплава ВВ751П // Известия Самарского научного центра РАН. 2017. №4-1.

3. Митраков Геннадий Николаевич, Евдокимов Сергей Николаевич, Лаврик Евгений Геннадьевич, Сазонов Виктор Сергеевич Использование аддитивных технологий при литье по выжигаемым моделям // ОНВ. 2015. №2 (140).

4. Степанова Елена Юрьевна, Барсуков Геннадий Валерьевич, Збинякова Елена Анатольевна Перспективы применения 3D-инноваций в автомобильной промышленности // Вестник Брянского государственного технического университета. 2016. №1 (49).

5. Родригез-Сальвадор Марисела, Гарсиа-Гарсиа Леонардо Азаэль Аддитивные производственные технологии в здравоохранении // Форсайт. 2018. №1.

6. Самандасюк Глеб Витальевич, Слесарев Илья Александрович, Кожен Максим Сергеевич АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ // Глобус: технические науки. 2020. №2 (33).

7. Дресвянников Владимир Александрович, Страхов Евгений Петрович, Возмищева Анастасия Сергеевна Анализ применения аддитивных технологий в пищевой промышленности // Продовольственная политика и безопасность. 2017. №3.

8. Попадюк Семен Итоги-2020 и прогнозы: рынок 3D-печати будет ежегодно расти на 25%: [электронный ресурс]. URL: https://blog.iqb.ru/results-2020/ (Дата обращения 25.01.2021).

9. Малахов М.А., Котмышев .Е.В., Пушнов К.С., Прокошин А.В., Савинков Д.А. Изготовление рупорной антенны сложной пространственной конфигурации с применением аддитивных технологий // Радиотехника. Том 84, № 11(22), 2020. - С. 31-36.

Информация об авторах

Малахов М.А., АО "НИИ "Экран", СамГТУ, +79270088388, mm@niiekran.ru.

Котмышев Е.В., АО "НИИ "Экран", 312-21-70 (299), invest@niiekran.ru.

Прокошин А.В., АО "НИИ "Экран", +79272064789 av_prokoshin@mail.ru.

Зайцев И.О., АО «Диполь Технологии».