На текущем этапе развития промышленного производства наиболее интересными и перспективными являются аддитивные технологии, которые в кратчайшие сроки позволяют получить прототип изделия или опытный образец со сложной геометрией.
Аддитивное производство уже давно перешло из разряда «зарождающейся технологии» в передовою инновацию. Технологии быстрого прототипирования (или 3D-печати) позволили перейти на новую стадию индустриального развития – цифровому производству, которое имеет следующие преимущества: существенно сокращает длительность цикла от идеи и чертежа до изделия, сокращает трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость производства, делает его экологически чистым. Все стадии реализации проекта в аддитивном производстве от идеи до выпуска готовой продукции находятся в единой технологической цепи, где каждая операция выполняется в цифровой CAD\CAM\CAE-системе. Вся работа ведется в безбумажном виде, минуя стадию составления двумерного чертежа, сразу строится 3D-модель и отправляется в печать.
Аддитивные технологии стали незаменимыми во многих отраслях высокотехнологичного производства, произведя в них настоящую революцию. Такими областями производства стали: авиационная и аэрокосмическая промышленность, атомная индустрия, медицина и приборостроение, а также другие отрасли, где характерным является мелкосерийное, иногда штучное производство. Уход от традиционных технологий, применение новых методов послойного выращивания изделий существенно сократило время на выпуск новой продукции.
Области применения 3D-принтеров на производстве
С помощью аддитивных технологий сегодня можно решить широкий спектр производственных задач:
- ускорение работ по проведению ОКР;
- проведение работ по отработке макетов;
- быстрое прототипирование сложных изделий;
- мелкосерийное производство;
- функциональное моделирование;
- быстрое изготовление отдельных деталей;
- снижение стоимости конструкторских работ;
- обучение по разработке ЗD-моделей, построению и корректировке STL, OBJ, 3DS и прочих форматов файлов, которые используются при изготовлении изделий на промышленных 3D-принтерах.
Настольные FDM 3D-принтеры не уступают по функциям промышленным принтерам, но имеют небольшие габариты, низкую стоимость и себестоимость владения.
3D-принтер может заменить более дорогой ЧПУ станок, а также, в отличии от последнего, позволит создавать изделия с произвольной внутренней структурой.
Как пример использования 3D-принтера инженерами-проектировщиками, рассмотрим следующую ситуацию. Инженерам часто приходится делать корпуса для радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Создание корпусов РЭА традиционным способом, как правило происходит из подручного материала, затрачивается много времени и средств. Как вариант решения проблемы — использование существующих корпусов и подгонка под них элементов устройства, что не всегда оправдано и возможно.
Печать таких корпусов на 3D-принтере может занять всего до 2 часов, моделирование осуществляется в любом 3D-графическом редакторе (Компас-3D, 3ds Max, SolidWorks и т.п.). Точность 3D-печати достигает 50 мкм. Себестоимость печати стандартными термопластиками ABS или PLA составляет около 1,5-2 рубля за 1 грамм (≈1 см3) изделия.
Таким образом, FDM 3D-принтер позволяет быстро и «бюджетно» получить точную модель всего за пару часов, не прилагая существенных усилий.
Эффективность применения настольных 3D-принтеров на производстве
Повышение эффективности выполнения НИОКР на этапе изготовления макетных и опытных образцов можно обеспечить путем сокращения затрат на расходные материалы и сроков изготовления за счет использования малогабаритных 3D-принтеров, обеспечивающих возможность использования широкой номенклатуры расходных материалов для изготовления малогабаритных неметаллических деталей.
В настоящее время на некоторых предприятиях для изготовления макетных образцов при выполнении НИОКР используется промышленные ЗD-принтеры зарубежного производства, обеспечивающие возможность изготовления крупногабаритных деталей. Использование такого оборудования для изготовления макетных образцов является дорогостоящим вследствие высокой стоимости расходных материалов, а также расходов на обслуживание. Кроме того, имеются ограничения на использование расходных материалов, связанные как с необходимостью приобретения дорогостоящих лицензий, так и с необходимостью использования оригинальных расходных материалов зарубежного производства. При этом для большинства целей макетирования и прототипирования, по имеющемуся опыту эксплуатации, такие условия являются избыточными.
Конечно, объективно сравнивая промышленный и настольный принтер, надо понимать, что промышленная машина имеет свои преимущества, которые невозможно реализовать в настольном виде. К таким преимуществам относится, во-первых, более высокая (до 30%) прочность и температурная стойкость получаемых на промышленных принтерах моделей, за счет наличия герметичной высокотемпературной камеры. Во-вторых, промышленный принтер лучше «выдерживает» геометрию модели, что позволяет создавать модели с минимальной погрешностью размеров относительно цифрового оригинала. Последнее преимущество достигается в результате использования дорогостоящих высокоточных комплектующих и профессионального программного комплекса.
Для большинства задач конструкторского отдела, в том числе быстрого прототипирования и макетирования, функции промышленного принтера являются избыточными, а высокая себестоимость получаемых моделей ограничивает круг применения 3D-оборудования в рабочем процессе.
Использование в работе более доступных персональных FDM 3D-принтеров, позволит существенно снизить затраты на НИОКР, при этом освободившиеся средства можно направить на обеспечение всех сотрудников такими принтерами, что пропорционально их количеству, ускорит производственный процесс.