измерениях

Успех в трех

Без аддитивных технологий процесс занял бы от шести месяцев. Нужно найти подрядчика и организовать закупку, с нуля создать сложную оснастку (то есть, упрощенно говоря, форму для отливки), механической обработкой довести заготовку до идеала и т. д. На все это время парализуется работа целого производственного участка, и легко представить, какими убытками пауза грозит предприятию.

Однако у Обуховского завода есть НИИПМ — Научно-исследовательский институт прикладного материаловедения. Его инженеры использовали 3D-технологии, и уже через семь дней после получения заявки на запчасть новое колесо установили в насос.

Так что для Обуховского завода аддитивное производство — это не просто модный тренд, а реальный рабочий инструмент. Он помогает соблюдать сроки, снижать стоимость производства и избегать разрывов в логистических цепочках.

Как это было:

Место действия: литейное производство. Выходит из строя деталь насоса — рабочее колесо.
Как изготовить запчасть?

Разберемся на реальном примере из практики Обуховского завода.

Аддитивные же технологии предлагают принципиально иной подход. Разработать электронную модель и, согласно ей, последовательно добавлять материал, пока не получится готовое изделие. Это своего рода производственное «сложение», а название его происходит от английского to add, что как раз и означает «добавлять».

Представьте, что вам нужно изготовить изделие из металла. Есть как минимум два классических способа. Можно создать весь объект разом: отлить или отштамповать. Можно применить «вычитание»: взять заготовку и убрать лишнее, как будто вы скульптор, ваяющий Венеру из мрамора. Или рабочий за фрезерным станком.

Колесо напечатали по технологии SLM — то есть из металлического порошка с помощью лазера. При этом использовали сплав AlSi10Mg (вспоминаем таблицу Менделеева!). Потом провели термообработку и механическую постобработку.

Затем модель проработали подробнее и оптимизировали под аддитивное производство. Подготовили управляющую программу для принтера.

Осуществили обратное проектирование в специальных программах. В итоге появилась модель рабочего колеса с необходимыми параметрами.

04

SLM

AlSi10Mg

[01]

Сломавшуюся деталь оцифровали ручным лазерным 3D-сканером, получив математическое облако точек, описывающее физический объект.

01

02

03

Трехмерная печать разнообразна. На Обуховском заводе используют несколько способов послойного создания объектов. Наверняка некоторые из них вам известны, но о каких-то вы и не слышали. Проверим?

История НИИПМ началась в 2016 году, когда в Петербурге был создан Научно-исследовательский технологический центр аддитивных технологий и материалов (НИТЦ АТиМ). И уже в 2019-м на его базе организовали НИИ прикладного материаловедения. Однако отправной точкой был именно выпуск изделий с помощью 3D-принтеров. И инвестиции в зарождающееся направление себя оправдали. Сегодня аддитивные технологии усиливают традиционное машиностроение Обуховского завода и участвуют в производстве в режиме 24/7.

[02]

[03]

01

изготовление опытных образцов, единичных и мелкосерийных продуктов;

научная работа и инновации в области материаловедения.

быстрое внедрение в производство высокотехнологичных разработок;

печать оснастки для литейного производства;

проектирование изделий для массового выпуска;

Краткое название:

Принцип работы принтеров в данном случае один и тот же. Рекоутер* проезжает над нагретой платформой и равномерно покрывает ее тонким слоем порошка. Лазерный луч — в зависимости от используемого материала — избирательно плавит металлические (SLM) или спекает полимерные (SLS) микрочастицы, создавая один слой изделия. Затем платформа немного опускается, цикл повторяется. Всё происходит в инертном газе. К завершению печати готовая деталь полностью погружена в неиспользованный порошок. Ее извлекают, а сырье собирают, чтобы работать с ним в дальнейшем.

По этим технологиям изготавливают изделия, способные выдерживать высокие нагрузки и имеющие сложную геометрию, в том числе внутреннюю.

Для чего применяется:

Что происходит:

02

Краткое название:

Данная технология позволяет работать и с металлическими порошками, но в машиностроении ее чаще используют для создания литейной оснастки из смеси песка и добавки-активатора. Рекоутер наносит сырье тонким слоем на всю площадь платформы. Там, где должно образоваться изделие, печатающая головка впрыскивает в песок связующее вещество. Оно вступает в химическую реакцию с активатором, и полученная смесь становится твердой. Платформа опускается на толщину одного слоя, цикл повторяется. Как и деталь, напечатанная по технологиям SLM и SLS, готовая литейная форма «закопана» в окружающем ее сырье.

Подходит для печати литейных форм и стержней.

Для чего применяется:

Что происходит:

SLM и SLS

BJ

03

Краткое название:

Оба вида 3D-печати работают с УФ-чувствительными смолами, но делают это по-разному. При SLA используется ванна с жидким полимером. Платформа погружается в нее так, чтобы под ее поверхностью находился один слой сырья. Нужный фрагмент жидкости облучают ультрафиолетом, происходит мгновенное затвердевание. При MJP микрокапли полимера наносятся на сухую платформу с помощью печатающей головки. Слой засвечивается УФ-лампой, затем головка приподнимается, и цикл повторяется. В обоих случаях вокруг изделия нет порошка или песка, который брал бы на себя вес выступающих элементов. Поэтому приходится печатать дополнительные поддерживающие структуры: в случае SLA — из самой смолы, для MJP — из легкоплавкого воска.

Позволяет создавать прототипы и макеты — детализированные, точные, с качественной поверхностью.

Для чего применяется:

Специалисты НИИПМ используют в своей работе уникальный принтер, который работает по технологии SLA — с ультрафиолетовым лазером. Он предназначен для 3D-печати из фотополимерной суспензии с керамическим наполнителем.

Что происходит:

04

Краткое название:

Это самый распространенный способ, о котором, скорее всего, и думают неспециалисты, когда слышат слова «аддитивные технологии». Пластиковую нить разогревают до полужидкого состояния и через сопло подвижной печатающей головки выдавливают на рабочую платформу по заданной траектории, создавая один слой изделия. Затем платформа опускается, принтер наносит следующую порцию пластика и т. д. Как и в случае с УФ-смолами, при использовании FDM нужно печатать поддерживающие структуры, а затем удалять их с готового изделия.

Так печатают простые прототипы и макеты, ложементы и технологическую оснастку.

Для чего применяется:

Что происходит:

SLA и MJP

FDM

Помните историю про рабочее колесо насоса, которую мы рассказали выше? В ней традиционные технологии заменили на аддитивные, чтобы сделать процесс быстрее и экономичнее. Но есть случаи, когда использовать привычные методы невозможно, так как форма объекта слишком нестандартна для фрезерного резца или литейной оснастки.

Они способны выдерживать экстремальные воздействия: высокие и низкие температуры, растяжение и сжатие, изгиб и вибрацию. Именно эти изделия часто конструируются с использованием сложной геометрии.

Без аддитивных технологий не обойтись, если внутри изделия есть замкнутые полости, изогнутые каналы, глубокие карманы, сетчатые структуры. Непростым внутренним миром отличаются, в частности, форсунки авиадвигателей, распыляющие мелкодисперсные капли топлива в камере сгорания.

Поэтому среди кандидатов на 3D-печать — любая деталь с неравномерно, как у природного объекта, изогнутой поверхностью. Например, рычаг автомобильной подвески, напоминающий птичью кость-вилочку, которая помогает решать, кто в доме хозяин.

Кроме того, 3D-печать позволяет производить высоконагруженные детали

Специалисты называют это сложной внешней и внутренней геометрией.

НИТЦ АТиМ, а значит все аддитивное направление Обуховского завода, в 2026 году празднует 10-летний юбилей.

[04]

— Всё началось с желания запустить инновационный центр, способный аккумулировать научные и технологические компетенции, давать промышленности смелые и эффективные решения. В итоге была создана многопрофильная производственная площадка, бесшовно интегрированная в работу предприятия. Сегодня в распоряжении центра большой парк принтеров, сформирована уникальная команда узкопрофильных специалистов.

Михаил Подвязников, заместитель генерального директора Концерна ВКО «Алмаз — Антей», генеральный директор НПО «Обуховский завод»

В планах НИТЦ АТиМ — расширение мощностей, освоение и разработка новых методов печати. А также дальнейшее внедрение аддитивных технологий в производственные стандарты Обуховского завода, которое позволит повысить процент импортозамещения.

Аддитивное производство полного цикла на Обуховском заводе можно разделить на четыре этапа.

— Наукоемкое производство центра позволяет выполнять полный цикл критически важных задач: от обратного проектирования и импортозамещения до разработки и внедрения передовых инноваций. Научно-исследовательский центр служит драйвером создания технологического суверенитета и принципиально новых продуктов и услуг на рынке.

Любовь Нефедова, директор НИИПМ АО «НПО «Обуховский завод»

Выбор технологий и материала

Здесь учитываются уникальные условия, в которых работает узел или деталь: температуры, механические нагрузки, контакт с агрессивной химией

1

Cоздание конструкторской документации

Изделие проектируется «под печать», чтобы минимизировать будущую механическую обработку

2

Разработка цифровой модели и управляющей программы

для аддитивного принтера

3

Печать на промышленном устройстве

Компактные единичные изделия могут быть готовы за считаные часы. Если использовать большие платформы, можно изготовить крупногабаритные детали или серию малых. В таком случае время печати увеличивается до нескольких суток.

4

[05]