Уже несколько десятилетий идут разговоры о замене металлов пластиками при изготовлении разнообразных конструкций и сооружений. Однако, вплоть до последнего времени большая часть такого рода замыслов разбивались о технические ограничения: сборные соединения из пластиковых деталей не соответствовали прочностным требованиям, а технологий создания крупногабаритных изделий не существовало. Крупноформатная 3D-печать позволяет, наконец, перейти к масштабной замене металлов пластиками при создании крупногабаритных объектов.

Задачи МСА

Специалисты, работающие в научных и исследовательских подразделениях «НПК МСА», неизменно уделяют особое внимание вопросам повышения эффективности производства. У каждого направления деятельности – свой путь. Но при изготовлении корпусных конструкций одним из наиболее очевидных способов повышения эффективности является замена металлов и сплавов разнообразными пластиками и композитными материалами. При этом должны быть обеспечены высокие показатели:

• Скорости производства;
• Точности изготовления элементов любой сложности;
• Степени повторяемости при воспроизведении любых форм.

Казалось бы, перечисленного можно добиться посредством использования пресс-форм. Однако пресс-формы чрезвычайно дороги, и применение их экономически оправдано лишь при крупносерийном производстве. Если же серии измеряются не десятками тысяч изделий, а всего лишь десятками, пресс-формы оказываются неокупаемы. Кроме того, любое, самое незначительное изменение конструкции изделия требует изготовления новой пресс-формы и, соответственно, новых затрат времени и денег.

Решением, способным обеспечить не только производственную эффективность, но и экономическую целесообразность, является крупноформатная 3D-печать.

Технология

Для традиционных 3D-принтеров характерны скромные размеры: даже самые крупные из них располагают рабочими областями, объёмы которых измеряются десятыми долями кубометра. Пока 3D-печать использовалась лишь для изготовления некрупных макетов и прототипов, это обстоятельство роли не играло. Но после появления печатающих головок, способных работать с конструкционными материалами – металлами и промышленными пластиками – сформировался запрос на печать изделий гораздо более крупных, нежели мог обеспечить обычный принтер.

Решением проблемы малых объёмов стала установка печатающих головок на манипуляторы промышленных роботов, размещаемых на линейных направляющих. Поскольку длина направляющих может быть любой, возможна печать объектов объёмами в десятки кубометров.

Крупноформатная 3D-печать радикально сокращает путь от замысла до готового изделия. Не нужно разбивать производственный цикл на десятки технологических операций, реализация которых требует привлечения десятков рабочих и обширного станочного парка. Достаточно подготовить чертежи в AutoCAD или иной похожей программе, и принтер напечатает требуемое всего за несколько часов.

Способы печати

Практически все промышленные принтеры, работающие с пластиками, используют один из двух способов – FDM (Fused Deposition Modelling) или FGF (Fused Granular Fabrication). Оба они печатают изделия путем нанесения расплавленного термопластичного полимера слой за слоем. А разница между ними определяется лишь формой исходного материала: FDM требует его в виде нитей, а FDF – в виде гранул.

Пластиковые нити для FDM-принтеров изготавливаются из первичного пластика, производимого из природных углеводородов. Гранулы же для FDF-принтеров могут быть изготовлены как из первичного пластика, так и из вторичного – из бывших в употреблении пластиковых изделий и даже отходов производства.

Обычно гранулы дешевле нитей в 2-2,5 раза. В то же время механизмы подачи материала, использующие гранулы, всегда сложнее и дороже тех, что используют нити. Поэтому для печати мелких изделий, с максимальным размером до одного метра, используют технологические решения на основе FDM, а для печати крупных, с максимальным размером более метра, – на основе FGF.

Поскольку производственные задачи МСА требуют печати крупных объектов, решено было строить принтеры на основе FGF.