Представьте, что на производстве сломалась важная деталь, доставка которой займет несколько месяцев. Простой оборудования — это огромные финансовые потери. Что делать? Для «Норникеля» такая ситуация не проблема, так как инженеры компании печатают нужные детали на 3D-принтере всего за несколько дней или даже часов. С помощью трехмерной печати можно создавать детали любой геометрии и сложности. Как используют 3D-печать в промышленности и какие перспективы она открывает — рассказываем в статье.
Что такое аддитивные технологии
Аддитивные технологии, или 3D-печать, — способ создавать трехмерные объекты, добавляя материал послойно. Это принципиально отличается от традиционных методов, например, литья или штамповки, при которых вначале создают цельную заготовку, а потом убирают лишний материал.
Аддитивные технологии появились в 1980-х годах и вначале с их помощью создавали только тестовые образцы и макеты. Сегодня инженеры используют 3D-печать, чтобы производить конечные продукты в разных отраслях.
- Авиация и космос — легкие и прочные детали сложной геометрии, например, компоненты турбин, топливные форсунки, элементы обшивки.
- Медицина — индивидуальные импланты, протезы, хирургические инструменты.
- Автомобилестроение — прототипы, сложные компоненты двигателей.
- Металлургия — запасные части и тестирование новых сплавов.
Как работает 3D-принтер
Вначале на компьютере создают цифровую модель изделия, специальная программа разбивает ее на слои. После этого оператор отправляет макет в печать. Чаще всего для печати используют металл, пластик, термопластик, керамику, смолы и другие материалы.
Принтер подает материал на рабочую платформу через экструдер — инструмент, похожий на шприц. В нем этот материал разогревают и продавливают через головки для печати. Тонкие слои материала накладываются друг на друга, поэтому такие технологии называют «аддитивными», то есть «добавляемыми». Устройство начинает печатать с самого нижнего слоя, затем добавляет следующий и так далее, пока изделие не будет готово.
Нужную форму готовому продукту придают с помощью картезианских роботов. Это механическая система в 3D-принтерах, которая помогает направлять печатающую головку в нужную точку по трем осям. Механизм обеспечивает предсказуемость и высокую точность печати — иногда до сотых долей миллиметра.
Технологии 3D-печати
Есть множество технологий 3D-печати, расскажем о тех из них, которые применяются в промышленности, так как позволяют работать с высокопрочными материалами. Эти технологии помогают компаниям производить компоненты любой сложности, не ждать поставок и не зависеть от внешних производителей.
- FDM (Fused Deposition Modeling) — термопластик добавляют слой за слоем, чтобы быстро сделать прототип или произвести деталь.
- BJ (Binder Jetting) — на тонкие слои из порошкообразного материала наносят связующее вещество, чтобы создать форму для отливки деталей из металла.
- SLS (Selective Laser Sintering) — полимерные порошки спекают лазером, чтобы создавать прочные и термостойкие компоненты.
- SLM (Selective Laser Melting) — металлы плавят лазером, чтобы произвести сложные металлические детали.
- DMLS (Direct Metal Laser Sintering) — металлический порошок спекают лазером, чтобы создать детали повышенной прочности.
Какие задачи можно решить с помощью 3D-печати
Замещать импортные детали
«Норникель» использует 3D-печать, чтобы не зависеть от зарубежных поставщиков и быстро получать нужные детали.
Получать сложную геометрию и снижать вес
Можно создавать детали для авиации, космоса и металлургии, которые невозможно изготовить традиционными методами. Например, на металлургических предприятиях можно создавать литейные формы и стержни со сложной геометрией, чтобы повысить качество конечного продукта и снизить затраты на производство.
Экономить материалы
При традиционных методах металлообработки часто остается большое количество отходов, так как из цельных заготовок удаляются излишки материала. Аддитивные технологии используют только необходимое количество металла, что значительно снижает расход сырья и уменьшает затраты на производство.
Быстро ремонтировать оборудование
С помощью 3D-печати можно отремонтировать, восстановить или создать заново устаревшие и поврежденные детали. В металлургии это особенно актуально, так как из-за высокой нагрузки детали быстрее изнашиваются, а производить их — долго и дорого. Пока компания ожидает поступления новых комплектующих, простой оборудования может привести к большим финансовым потерям. Аддитивные технологии помогают производить новые детали быстрее.
Создавать новые сплавы
Технология позволяет тестировать новые материалы с улучшенными характеристиками, например, титановые и никелевые сплавы для работы в экстремальных условиях.
Для чего «Норникель» использует аддитивные технологии
«Норникель» одним из первых начал использовать технологии 3D-печати для импортозамещения.
Раньше компания заказывала детали у зарубежных поставщиков. А чтобы произвести компоненты самостоятельно, изготавливала пресс-формы в течение нескольких месяцев. Теперь благодаря 3D-печати этот этап можно пропустить. 3D-принтер позволяет за несколько дней или часов изготовить на заводе уникальные детали любым тиражом. При этом уменьшается и потребность в складских запасах — можно печатать детали только при необходимости.
Примеры деталей, которые «Норникель» сделал с помощью 3D-технологий.
Полутонная «Улита»
Это деталь в задней части насоса, который поднимает концентрат из рудоотстойника на Надеждинском металлургическом заводе. Инженеры отсканировали «старую» улиту и создали на ее основе 3D-модель. После этого напечатали литейную форму и отлили деталь из износостойкого чугуна. Это заняло несколько месяцев вместо года.
313-килограммовый бронедиск
Это один из важнейших механизмов в устройстве насосов, которые работники Талнахской обогатительной фабрики используют в процессе пенной флотации. Его за несколько месяцев напечатали на 3D-принтере, залив металл в объемную форму из песка.
Цифровой банк деталей
Инженеры наносят магнитные метки на деталь, сканируют их и создают трехмерную модель. Когда понадобится изготовить этот элемент, специалисты смогут оперативно распечатать ее из собственных материалов. Благодаря этому компании не нужно ждать, пока необходимую запчасть доставят на Крайний Север. Детали можно не только клонировать, но и улучшать, например, заменять материал на более прочный и износостойкий.
Перспективы 3D-печати в металлургической промышленности
В ближайшие 10–15 лет 3D-печать в металлургии может развиваться в нескольких направлениях:
- технологии будут интегрировать в массовое производство и дополнять искусственным интеллектом;
- аддитивное производство будет использоваться вместе с технологиями традиционной обработки;
- производство сможет работать полностью по цифровой схеме: специалисты разработают сплав в виртуальной модели и сразу проверят его свойства (прочность, термостойкость и т. д.), а затем используют данные для 3D-печати детали из этого сплава.