Аддитивные технологии, или Additive Manufacturing, — это способ создания объемных объектов на 3D-принтере с помощью наслаивания различных материалов, от пластика и стекла до металла и бетона. И хотя первые подобные эксперименты стали проводить еще в восьмидесятые годы прошлого века, коммерческие образцы возникли только в середине 2000-х. Так что можно сказать, что это относительно новое направление в производстве. Об аддитивных технологиях знают не так много, поэтому вокруг этой темы существуют различные заблуждения — тем более когда это касается промышленной 3D-печати. Самые распространенные мифы разбирает Денис Кузнецов, руководитель направления дирекции по развитию ТоиР компании НЛМК.
Миф 1. Печатать можно только из пластика
В бытовых принтерах, популярных среди архитекторов или конструкторов, действительно используется пластиковая масса. Она недорогая, с ней удобно работать, и возможностей таких устройств вполне хватает, чтобы быстро создать макет или напечатать детали.
В промышленности дело обстоит совсем иначе. Производственные 3D-принтеры, кроме пластмассы, умеют печатать и другими материалами: песком, стеклом, глиной, силиконом, резиной и даже металлом — расплавленным или в виде металлического порошка. В строительстве используют огромные принтеры, которые печатают из бетона целые дома: эта технология называется контурным строительством. Принтеры для пищевой отрасли печатают мясо из растительного сырья, воссоздавая структуру и вкус настоящего.
Возможности 3D-печати используют и в медицине — например, когда нужно создать орган для трансплантации. В качестве печатного материала берут клетки, культивированные в лабораторных условиях. Эта технология еще только начала развиваться, но уже есть примеры ее успешного применения: в 2022 году врачи впервые пересадили пациентке ушной трансплантат, распечатанный на принтере из клеток ее тела. Ученые планируют использовать подобную печать и в создании других органов. Так что способы применения аддитивных технологий будут только расширяться.
Миф 2. 3D-печать занимает много времени
Разумеется, скорость 3D-печати уступает скорости изготовления серийной однотипной детали на автоматизированной промышленной линии. На заводе детали штампуют за секунды, в то время как печать на 3D-принтере занимает несколько часов. Поэтому для массового производства 3D-печать действительно неэффективна.
Совсем другое дело, когда требуется изготовить единичные экземпляры. Предположим, на конвейере автомобильного завода или крупном промышленном производстве вышло из строя оборудование и требуется заменить детали. Получить необходимые комплектующие у производителя долго, дорого или даже невозможно. Поэтому многие стремятся изготовить нужные для ремонта детали самостоятельно. И здесь на помощь приходит 3D-печать. Пока на привычном традиционном производстве разработают и изготовят модельную оснастку, отольют изделия, может пройти несколько месяцев. С трехмерным принтером это займет от нескольких часов до двух или трех дней.
Кроме того, на 3D-принтере создаются сложные и уникальные изделия. Чтобы получить такой же результат с помощью традиционных методов, потребуется намного больше ресурсов и времени.
Миф 3. 3D-принтер не заменит обычное производство
Встречается мнение о том, что печать на 3D-оборудовании недостаточно точная и не позволяет получить необходимую геометрию изделия. И действительно, у некоторых изделий, созданных с помощью 3D-принтера, можно заметить недостатки: шероховатости, острые края, неоднородность слоев. Однако промышленные детали, сделанные на трехмерном принтере, оказываются гораздо качественнее, чем их привычные аналоги.
Например, как говорилось выше, из металла изготавливаются детали уникальной формы и сложной структуры. Выточить их любым другим способом не получится, а по надежности они ничуть не хуже своих аналогов. При этом они легче по весу и для них нужно меньше сырья.
Если вы встречали детали из пластика, сделанные с помощью бытового 3D-принтера, то наверняка замечали, что внутри находится трехмерная пластиковая сетка. По прочности такое изделие почти сопоставимо с монолитным, но расход материалов при этом гораздо меньше. Представьте, что подобный подход можно применить в производстве массивных деталей из металла. Благодаря этому можно разрабатывать не только типовые изделия, но и сложные детали.
Для этого используют технологию промышленной печати Binder Jetting. Термин переводится как «связующее вещество» (binder) и «струйная печать» (jetting). Особое связующее вещество сначала наносится на прослойку, состоящую из песка. Он заполняет пустоты, а материал наслаивают, пока не будет готова необходимая форма. Затем, если это металлическое изделие, его подвергают термовоздействию: связующее вещество выжигают, а порошок из металла сваривается.
Миф 4. 3D-принтер требует финансовых затрат
Оборудование для промышленной 3D-печати действительно может стоить немало: речь идет о миллионах рублей. Но здесь гораздо важнее не стоимость оборудования, а его эффективность и способность окупить вложения.
Как мы говорили выше, создание деталей на 3D-принтере требует гораздо меньше времени, чем традиционный способ изготовления. При этом необходимость замены деталей на производстве появляется постоянно. В крупном масштабе экономия времени приводит к сокращению простоя техники и ускорению процессов — а значит, предприятие экономит деньги. Зачастую производители устанавливают сразу несколько 3D-принтеров, чтобы быстро и эффективно решать эту проблему.
Еще одна область применения аддитивных технологий — печать опытных образцов при создании новых видов продуктов. Возможность быстро делать макеты или детали значительно ускоряет прототипирование, внедрение нового оборудования и отладку процессов. Это позволяет сократить как время, так и расходы. Поэтому инженеры часто используют 3D-печать, даже если впоследствии нужные детали будут изготовлены традиционными методами.
Можно с уверенностью сказать, что развитие аддитивных технологий — это перспективное направление ближайшего будущего. Компании будут активно внедрять подобные решения, а проекты, связанные с 3D-печатью, будут все чаще появляться в информационном пространстве.