Мифы о производственной 3D-печати: дорого, ненадёжно, медленно

Аддитивные технологии (Additive Manufacturing) — метод создания трехмерных объектов путём послойного добавления материала: пластика, металла, бетона. Детали делаются с помощью 3D-принтеров.

Первые единичные принтеры появились в восьмидесятые, а коммерческие образцы — в середине нулевых. При этом люди мало знают о технологии, что порождает мифы. Особенно если речь идет не о простом домашнем устройстве, а о сложных промышленных принтерах. Руководитель направления дирекции по развитию ТОиР НЛМК Денис Кузнецов рассказал, какие заблуждения существуют и что на самом деле можно делать с помощью 3D-принтера.

3D-принтеры работают только с пластиком

Домашние 3D-принтеры, которые покупают для себя дизайнеры и инженеры, как правило, работают с пластиком в качестве расходного материала. Это дёшево и просто: к примеру, когда горит дедлайн и нужно быстро распечатать макет для проекта.

В мире 3D-печати пластиком дело не ограничивается. Современные принтеры могут печатать металлом (как расплавленным, так и металлическим порошком — технология называется binder jetting), песком, глиной, стеклом, силиконом, резиной и т.д.

3D-печать применяют для контурного строительства, когда гигантский принтер при помощи быстро затвердевающего бетона печатает дом. Пищевые принтеры могут напечатать стейк из растительных компонентов, воссоздав структуру мяса. Говорят, что на вкус его не отличить от настоящего.

Но и это ещё не всё. Существует технология, которая пока находится на ранних этапах развития — печать человеческих органов. В качестве расходника учёные используют выращенные в лаборатории человеческие клетки, полученные путём размножения донорских образцов.

В 2022 году американке впервые пересадили ухо, напечатанное 3D-принтером. В будущем учёные надеются производить и более сложные органы: печень, сердце, почки.

3D-печать — это ненадёжно

Существует мнение, что 3D-печать не позволяет добиться нужной прочности и точности геометрии детали. И если посмотреть на дом, напечатанный на домашнем 3D-принтере, действительно можно увидеть недочёты: заусенцы, неровности, слои.

Когда речь идёт о промышленной 3D-печати, оказывается, что и тут готовые изделия могут быть точные и прочные. Так, при печати металлом инженеры и конструкторы получают детали, которые по прочности не уступают аналогам. Более того, для их производства нужно меньше расходников, а ещё детали получаются менее тяжелые.

Объясним, как так выходит. Если держали в руках пластиковые детали, напечатанные на домашнем принтере, то могли заметить, что внутри они не монолитные, а заполненные трёхмерной сеткой из пластика. Благодаря такой сетке при производстве тратится меньше расходника, а по прочности изделие не уступает аналогам.

Теперь представьте, какой эффект получится, если тот же подход применить при печати массивных металлических деталей. Расскажем, как их делают промышленные 3D-принтеры.

Для производства литейных форм или деталей со сложной геометрией используется технология binder jetting (binder — связующее вещество, jetting — струйная печать).

Процесс выглядит так: на первый слой, состоящий из песка, наносится специальное связующее вещество по форме будущей детали, а промежутки заполняются песком. Так продолжается до тех пор, пока форма детали не приобретает конечный вид.

Затем, если речь идёт о металлической детали, всю массу подвергают термической обработке. Таким образом, металлический порошок спекается, а связующее вещество выжигается. 

3D-печать — это медленно

Если сравнить скорость изготовления серийной детали на автоматической производственной линии (например, подставки для карандашей) со скоростью печати на 3D-принтере, последний проиграет. Штамповка изделий на заводе занимает секунды, печать на принтере — часы. Для массового производства, когда речь идёт о миллионах единиц однотипной продукции, 3D-печать и правда нецелесообразна. Так что это не миф, а реальность.

Другое дело — изготовление единичных экземпляров или уникальных образцов. Представьте масштабное металлургическое производство или конвейер автомобильного завода. Оборудование при высоких нагрузках нередко выходит из строя, а получить нужную деталь у производителя может быть слишком долго или вообще невозможно. Разработка модельной оснастки для литья, её изготовление, отливка детали. Процесс может растянуться на месяцы. 

Здесь 3D-печать выиграет, так как с её помощью можно производить детали с уникальной геометрией и структурой. Технологу достаточно от нескольких часов до пары дней, чтобы разработать объемную модель будущей литейной формы, вывести её на печать и запустить процесс производства детали. Через короткий промежуток времени работоспособность агрегата будет восстановлена.

3D-печать — это дорого

Рассуждать в рамках парадигмы «дёшево или дорого» довольно непросто, особенно в промышленных процессах. Профессиональные 3D-принтеры могут стоить миллионы рублей. С другой стороны, простой в несколько месяцев ожидания поставок нового оборудования может стоить ещё дороже. Вывод: иногда сделать деталь самому дешевле, чем ждать её поставки. Экономия времени приводит к тому, что процессы быстрее возвращаются в привычное русло, а значит, деньги компании не тратятся в пустую.

Источник:  https://rb.ru/opinion/3d-print-industrial/ 
Фото на обложке: vecstock /  Freepik