Компания «Стереотек» разрабатывает и выпускает 5D-принтеры, которые печатают комплектующие для промышленного оборудования. Запчасти получаются прочнее оригиналов и стоят дешевле. С 2020 года проект поддерживает АСИ, а в феврале 2022 года он получил 100 млн рублей от Венчурного фонда НТИ.
Соучредитель и соавтор дорожной карты TechNet Анатолий Тулаев рассказал, чем их принтеры отличаются от классических 3D и почему санкции открывают для них новые возможности.
Первыми придумали 5D-принтеры и получили патенты
Не побоюсь сказать: «Стереотек» первым в мире придумал, создал и запустил в серийное производство пятиосевые принтеры. Компания Mitsubishi представила пятикоординатный принтер, который печатает примерно по такой же технологии, как и наша. Но первыми все-таки были мы и все патенты принадлежат нашей компании.
А все началось с того, что у доцента кафедры автоматизации производственных процессов ВГТУ Алексея Дроботова в 2012–2015 годах зародилась идея создать 3D-принтер, которому не нужен стол. Дело в том, что классические 3D-принтеры работают в трех осях — x, y, z, и деталь печатается на какой-то рабочей поверхности.
Идея убрать из-под принтера стол была футуристичной, на уровне «это невозможно».
5D означает 5 degrees of freedom — пять степеней свободы. Суть технологии в том, что принтер и программное обеспечение позволяют не только перемещать печатающую головку и стол в трех направлениях, но и поворачивать объект в двух осях. Так принтер научился печатать объекты, начиная с центра, а не снаружи. И мы смогли исключить из процесса рабочий стол.
Для применения 5Dtech мы выбрали промышленный сектор экономики. На этом принтере можно печатать разные типы деталей: крыльчатки, уплотнители, манжеты, кольца, рабочие колеса, муфты, опорные втулки.
Хотим стать революционерами импортозамещения
Мы оптимизируем свойства деталей, чтобы удешевить их производство и увеличить работоспособность. У оригинальных деталей всегда ограниченный срок годности, потому что бесконечная работа — это невыгодно для производителей. Например, львиную долю дохода производителей автомобилей составляет продажа запчастей. Есть даже целый научно-исследовательский институт компании Hewlett-Packard, который разрабатывает и подбирает такие детали и конструкции, чтобы можно было точно спрогнозировать, что они выйдут из строя через определенное время.
Мы делаем так, чтобы владелец промышленного оборудования не зависел от внешних факторов и чужих планов.
Вначале это был проект для защиты диссертации, теперь — в команде пять основателей и мы активно занимаемся продвижением проекта в промышленном секторе российского рынка. В 2021 году нам удалось встать на один пьедестал с проектами Ростеха, Роснано, Росатома и Ротека.
Наша цель — стать революционерами импортозамещения. И сегодняшние обстоятельства этому благоволят: на российские предприятия обрушиваются то локдауны и задержки поставок, то санкции, то скачущий курс рубля. При этом большую часть запчастей на производстве можно напечатать.
Убрали поддержки и сэкономили материал
У классических 3D-принтеров две главные проблемы. Во-первых, это низкая адгезия — то есть прочность между слоями. Во-вторых — они печатают детали с использованием поддержек, из-за чего те нуждаются в постобработке.
Чтобы напечатать предмет на 3D-принтере, нужно сначала напечатать его основу. На нее принтер будет наращивать слои. В воздухе принтер печатать не умеет, поэтому используют поддержки. Порой их так много, что они занимают больше места, чем сама деталь. А когда их демонтируют, деталь приходится дорабатывать, шлифовать и полировать.
Мы сделали так, чтобы детали, которые выходят из принтера 5Dtech, сразу были близки к совершенству. Это стало возможным, потому что мы добавили возможность поворачивать деталь во время печати.
Изделие печатается от центра и формируется не из плоских слоев, а из объемных. Получается прочная трехмерная структура. За счет этой технологии получается экономить до 60% материала.
Но все-таки на 5D-принтере мы не можем создать протезы или импланты. К ним слишком высокие требования по точности. К счастью, в промышленном производстве такой острой необходимости использовать гладкие поверхности нет.
Добавили оси, увеличили прочность изделий
Благодаря дополнительным осям можно изменять направление волокна. Так как у полимера есть свойства ориентации, мы можем увеличивать прочность изделия. За счет переплетения нитей волокон и объемной печати мы повышаем прочностные характеристики до 400%. Это не цифры «из головы», а результаты исследований в лабораториях. Последние данные мы получили от Курчатовского института, где сравнивали изделия, напечатанные на 5Dtech и на классическом 3D.
Мы считаем, что наша разработка может изменить мир, потому что принтер способен не только воспроизводить новые детали, но и восстанавливать старые.
Мы можем выращивать изношенную мембрану насоса прямо на ее металлическом основании:
Это большой технологический шаг в эксплуатации воздушных насосов с нагрузкой на помпу до 5 бар. Наши помпы уже используют в компании «Северсталь».
Снизили стоимость деталей в 100–150 раз
За счет того, что пластик довольно дешевый, мы получаем детали с низкой себестоимостью. Яркий пример — успокоитель цепи для станков сигарного типа компании «Северсталь». На фото крутильная машина сигарного типа. Она наматывает проволоку на бобины. Чтобы остановить такую бобину, нужны колодки.
Оригинальная немецкая колодка стоит 20 евро. А напечатанная — 15 рублей. По сегодняшнему курсу это разница в 120–130 раз!
С этого же завода есть еще один хороший пример. Крыльчатка для насоса для перекачки кислоты стоит в оригинале 52 000 рублей, а напечатанная — 475 рублей без учета амортизации принтера. Если мы прибавим амортизацию, то получим 1208 рублей. С учетом амортизации это будет почти в 43 раза выгоднее.
Насос работает в сверхагрессивной среде — 30% соляной кислоты. При этом напечатанная на 5D-принтере крыльчатка функционирует дольше, чем оригинал.
Мы сейчас тестируем предельный срок годности нашей детали. Оригинальная в строю шесть месяцев, а наша служит уже седьмой месяц и продолжает работать без проблем.
Сэкономили элеватору больше миллиона в год
Волгоградский элеватор работает на сложном оборудовании, состоящем из множества деталей. Одних только роликов в транспортной ленте нужно более 2000 штук. У каждого из них две опорные втулки подшипников, которые требуют замены каждые три года. Элеватор сам изготавливает их на токарном станке и тратит по 2362 рубля на каждую. В год выходит около 2 миллионов рублей. Деталь из нашего принтера обходится в 570 рублей при тех же сроках службы.
Используя принтер, за год можно сэкономить 1 195 000 только на втулках.
Используем отечественные материалы
В нашей технологии применяется более 90% известных разновидностей пластика в разной комбинации, в разном соотношении и с различными присадками. Их уже более 300. Например, пластик, наполненный стеклом. Он очень прочный, и его используют там, где больше нужна твердость, чем эластичность.
Наш 5D-принтер может печатать из базальтовых наполнителей, нейлона, металла, непрерывного углепластика, керамики, нержавеющей стали, сплава вольфрама и кобальта.
Полимеры в виде экструдеров мы получаем от российских производителей. Это компания РЭК — тоже резиденты «Сколково», которые, как и мы, стремятся занять свою нишу в промышленном секторе экономики. Они очень креативные, и нам с ними комфортно.
Металлы раньше получали из Швейцарии. Углепластик — у американских производителей. Но нам абсолютно не страшны санкции. Во-первых, над созданием филамента для печати металлом сейчас работает Новокузнецкий металлургический завод. И они очень близки к успеху — почти приблизились к показателям наших швейцарских партнеров. Резиденты «Сколково» создают филамент в виде непрерывного углеволокна. Мы с нетерпением ждем результатов этой работы.
Основная наша ниша — это пластик, полимеры и эластичные материалы, потому что детали из них применяются на производствах повсеместно. Сейчас добавляем еще несколько материалов, схожих с резиной, чтобы печатать уплотнители и манжеты.
Создали понятное ПО и собираем библиотеку запчастей
Мы берем оригинальные образцы деталей, создаем цифровые копии, затем отправляем их на принтер и получаем детали. Чтобы с задачей смог справиться даже первоклассник, создали понятное программное обеспечение. Если цифровая модель уже отработана и загружена в библиотеку цифровых копий — все просто.
Есть приложение STE App для управления процессом печати. Оно помогает быстро настроить оборудование и распределить задания между принтерами в одной сети. Есть программа Stereotech STE Slicer, которая дает возможность делить модели не только на плоские, но и криволинейные слои. Это позволяет влиять на прочность изделий.
Если нужно спроектировать деталь с нуля, требуются не только инженерные навыки, но и навыки работы в программных продуктах. Поэтому мы работаем над расширением цифровой библиотеки, чтобы конечному потребителю было просто использовать наши машины.
В библиотеке детали приобретают свой статус. Альфа-версии детали — это те, которые не прошли тесты на реальном оборудовании. Бета-версии — детали, которые схожи по характеристикам с оригинальными. А гамма-версия детали превосходит оригинальные детали по прочности и сроку службы.
Чтобы повысить спрос и набрать клиентов среди предприятий, нам нужно создавать огромное количество цифровых рабочих копий, которые с определенными настройками можно будет напечатать на наших принтерах. Мы пополняем библиотеку новыми моделями почти каждый день.
Можем отправить 5D-принтер в космос
В условиях микрогравитации 3D-принтеры применить не получится. А вот у 5D-принтеров нет зависимости от гравитации. Мы хотели предложить свои разработки компании SpaceX Илона Маска и были в начале пути взаимодействия.
У Илона Маска есть мечта — колонизировать Марс. И я уверен на 100%, что технологии, способные воспроизводить какие-то детали, будут там более чем актуальны.
Зачем везти с собой тонны запчастей на случай поломки в полете, если можно напечатать их по мере необходимости? Кто знает, может быть Илон еще сможет осуществить свою задумку, а российская компания «Стереотек» и наш принтер помогут в этом.
А пока все западные переговоры на стопе, мы занимаемся разработкой 6D-принтера — это шестиосная машина для печати крупногабаритных изделий до 1,5 м.
