Журнал Compass #15

АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Необходимость решать повседневные бизнес-задачи подталкивает авиакосмические компании к развитию технологий 3D-печати

Аддитивное производство – возможность изготавливать объекты путем послойной печати, идеально подходит для авиакосмической отрасли, поскольку позволяет справиться с небольшими заказами на детали сложной геометрии и получать прочные и при этом легкие конструкции. Но для повсеместного внедрения технология должна преодолеть ограничивающие факторы, препятствующие ее применению.

Аддитивное производство (AM) или 3D-печать, наконец, преодолело стадию опытного технологического решения. Сейчас большинство авиакосмических компаний используют его для повышения функциональности имеющихся компонентов и изготовления ненесущих деталей для самолетов коммерческого и общего назначения.

Энтузиасты AM с нетерпением ждут дня, когда с помощью этой революционной технологии можно будет «напечатать» целиком фюзеляж, крылья и основные детали двигателя сложной геометрической формы, включая встроенные датчики и прочую электронику. Однако, чтобы добиться столь значимого прорыва AMпроизводству придется преодолеть ряд серьезных препятствий, говорится в отчете Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL), расположенной в Теннесси и принадлежащей министерству энергетики США. ORNL сотрудничает с сотнями компаний из разных отраслей и занимается развитием технологий AM.

«В некоторых сегментах, например, если говорить о быстром создании пробных образцов или особых медицинских устройств, где уже накоплен приличный опыт печати, аддитивное производство можно отнести к зрелым решениям, однако для большинства приложений его состояние ближе к зачаточному», говорит Билл Питер, директор опытного производства в лаборатории ORNL.

ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА

Каждый год лабораторию ORNL посещают свыше 5000 специалистов примерно из 700 организаций, которые готовы обсудить, в числе прочего, технологию аддитивного производства. Все эксперты, говорит Питер, упирают на то, что главной задачей AM становится гарантия качества, которая позволила бы доверять выполненным по AM-методике деталям наравне с изготовленными при помощи традиционных процессов, включая те детали, которые отвечают за эксплуатационные характеристики конечной продукции и безопасность.

«Озабоченность, в первую очередь, вызывает отсутствие методологии для установления целостности изготовленных методом аддитивного производства компонентов», говорит он.

«Небольшое изменение технологических параметров и микроструктур, получающихся при нанесении материала, например, порошкового титана или никеля, могут радикально изменить характеристики конечного изделия»,отмечает Питер.

«В долгосрочной перспективе, добавляет он, мы будем использовать механизмы для анализа данных и средства визуализации, чтобы показать, каким образом можно неоднократно производить сложную деталь с одинаковым качеством, столь критичным для авиастроения, однако на поиск подходящего решения все еще потребуются годы».

ПРИБАВИТЬ СКОРОСТИ

Еще одна трудность заключается в скорости нанесения слоев печатаемой детали.

Процесс AM-производства начинается с создания трехмерной компьютерной модели детали. Файл загружается в компьютер аддитивного станка и электронным образом разрезается на предельно тонкие слои. Станок наносит тонкий ровный слой металла на опорную пластину. Управляемый компьютером лазер или другой источник тепла, следуя рисунку, составленному при разрезании исходной 3D-детали на слои, спекает или плавит этот тонкий слой металла. Процесс послойного нанесения продолжается до тех пор, пока не будет создана деталь, однако процедура отнимает больше времени, чем при производстве традиционными способами.

И это проблема, ведь производители постоянно ищут способы сократить продолжительность производственного цикла. «Ускорение процесса нанесения слоев повысит пригодность технологии аддитивного производства для авиакосмической и прочих отраслей», говорит Питер.

И все же ученые, опираясь на достижения последних двух лет, выказывают сдержанный оптимизм. К примеру, ORNL вместе с Cincinnati Incorporated, американским производителем станков для сборки на заказ, провели разработку высокоинновационной AM-системы для печати компонентов из армированных полимеров размером в 10 раз больше, чем позволяет современное оборудование, и в 1000 раз быстрее, при этом скорость нанесения слоев достигает 16 000 кубических сантиметров в час, в сравнении с 16-65 см3 в час, что является стандартным показателем представленных на рынке AM-станков.

«Опираясь на полученные навыки работы с полимерами,говорит Питер,группа специалистов теперь пытается перенести этот опыт на станки для печати из порошковых металлов».

ЗНАКОМЫМ МАРШРУТОМ

Кевин Майклз занимает должность вицепрезидента в компании ICF International, которая оказывает услуги консалтинга в сфере авиакосмоса, а также технического обслуживания и ремонта, и считается признанным авторитетом в области производства летательных аппаратов.

«По мере развития AM-производства,говорит Майклз,представителям отрасли следует перенимать опыт внедрения других революционных технологий, в особенности композитных материалов».

В 1970-х многие прославляли композитные материалы за их прочностные характеристики и устойчивость к коррозии, однако довести технологию до совершенства удалось десятки лет спустя. Мало кто мог предположить, что из композитов будут собирать фюзеляж целиком, как это происходит сейчас.

«Будущее аддитивного производства преподнесет немало сюрпризов, которые покажутся логичными постфактум, однако не поддаются прогнозированию на текущий момент», говорит Майклз.

«Сравнение композитных технологий с появлением аддитивного производства добавляет наглядности»,говорит Антуан Желэн, управляющий директор лондонской компании Paragon European Partners, занимающейся прямыми инвестициями, а также главный специалист по развитию отраслевых практик в авиакосмической сфере в консалтинговой компании Candesic из Лондона, которая специализируется на стратегии и управлении. «Аналогия дает понимание о том, что существует огромная разница между доказательством применимости технологии и ее рыночной пригодностью, и для совмещения одного с другим порой требуются десятки лет», говорит он.

автор статьи Текст: Тони Велоччи Вернуться к началу страницы
автор статьи Текст: Тони Велоччи

Посмотрите, как идет производство самой большой в мире AM-детали: http://3ds.one/3DPrintBig