Аддитивные технологии

Проще, быстрее, дешевле

Все большую силу набирают два взаимосвязанных тренда Индустрии 4.0. Один из них — развитие аддитивных технологий: производство изделий методом печати на 3D-принтерах становится с каждым годом все более массовым. Другой тренд — использование новых материалов, в том числе композитов. Изготовление деталей из пластика с использованием базальтовой нити и углеволокна методом печати на 3D-принтере объединяет в себе оба тренда и имеет большую перспективу.
12 февраля 2020

Компания «Анизопринт», выросшая из Сколковского стартапа, сегодня известна в России и за рубежом как разработчик собственной технологии и оборудования для 3D-печати композитными материалами. Компания производит 3D-принтеры для печати композитными материалами, а также карбоновые и базальтовые нити для армирования пластика. В августе 2019 года предприятие получило статус резидента Ярославского бизнес-инкубатора в качестве производителя изделий из углепластика под заказ. А годом раньше ею было налажено серийное производство 3Dпринтеров, печатающих композитом, использующих запатентованную технологию Anisoprint, которая по своей сути является продолжением разработки советских учёных в области производства композитных материалов.

Технология позволяет заменить металлы композитами там, где раньше это было невозможно, и потенциально востребована в автомобилестроении, авиационной, космической промышленности, робототехнике и в других отраслях. Аналогичных проектов в России нет. За рубежом похожее решение предлагают два американских стартапа, но их технологии отличаются от технологии укладки Anisoprint. Производство принтеров компании «Анизопринт» сейчас осуществляется в Германии.

С апреля 2019 года начала свою деятельность торгово-производственная компания «Анизопринт Рус» в качестве дистрибьютора компании «Анизопринт». «Анизопринт Рус» по сей день является партнёром и официальным дилером компании «Анизопринт». Своей миссией «Анизопринт Рус» считает продвижение инновационной технологии на рынке 3D-печати. Одна из ближайших целей — вывести на российский рынок 3D-печати новую технологию с возможностью непрерывной укладки углеродного волокна.

С октября минувшего года ООО «Анизопринт Рус» начало сотрудничество с Ярославским государственным техническим университетом и одним из заводов Ярославской области с целью разработки новых изделий и новых видов конструкционных материалов для промышленности.

Сейчас «Анизопринт Рус» в своем производстве использует технологию выпуска изделий при помощи укладки непрерывных армирующих волокон на 3D-принтере Composer со столом для печати формата А4.

В 2019 году компания «Анизопринт Рус» приступила к реализации двух типов принтера Composer (формата А4 и формата А3), а также начала предоставлять в аренду Composer формата А4, чтобы потенциальные покупатели смогли протестировать применение технологических решений Anisoprint в собственных промышленных процессах.

3D-печать оптимальных композитов с непрерывными волокнами: как снизить издержки производства с помощью технологии анизопринтинга

Анизопринтинг — это технология производства оптимальных композитов с непрерывными волокнами с помощью 3D-печати. Композитные детали в несколько раз прочнее и легче аналогов из металлов и пластика. С помощью технологии, разработанной в «Анизопринте», композиты можно производить проще, быстрее и дешевле. Таким образом можно существенно снизить издержки производства во множестве сфер — от авиации до производства продуктов питания.

Рассмотрим один из примеров внедрения технологии в производственные процессы.

Оптимизация производства с помощью анизопринтинга

Компания по производству молочной продукции использует на своих технологических линиях оснастку из фрезерованного полиамида, в том числе вилку для захвата бутылочек йогурта. Вилка отвозит бутылочку в зону промывки, где она промывается перекисью водорода. По причине соприкосновения с агрессивной средой оригинальная деталь время от времени требует замены. Новую заказывают в сторонней компании, ожидая поставки в течение трех месяцев. В это время линия останавливается, что приносит компании убытки.

Чтобы оптимизировать производство, компания стала искать новый вариант оснастки, менее подверженный повреждениям и более легкий в производстве. Деталь заменили на напечатанную на 3D-принтере Anisoprint Composer из устойчивого к перекиси пластика PETG, армированного композитным углеволокном. Вилка была напечатана за шесть часов, что значительно сократило время простоя производственной линии. Благодаря устойчивости к перекиси вилка будет требовать замены заметно реже, а когда всё же понадобится новая, её можно будет напечатать прямо на производстве, без обращения в сторонние компании, до минимума сократив время простоя и издержки на коммуникацию с контрагентами. Стоимость изделия не будет зависеть от серии, как в случае с традиционными технологиями: стоимость напечатанной на 3D-принтере вилки во многом определяется лишь количеством затраченного на её производство материала, поэтому можно производить её по необходимости в единичном количестве.

Оптимизация производства возможна с внедрением новых материалов и процессов. Благодаря им можно производить оснастку, запчасти и функциональные прототипы в несколько раз прочнее и легче пластиковых и металлических аналогов.

Коэкструзия композитного волокна (CFC)

Анизопринтинг базируется на технологии коэкструзии композитного волокна (Composite Fiber Co-extrusion / CFC). Непрерывное волокно (углеродное или базальтовое) предварительно пропитывается специальной полимерной смесью — так получается армирующий материал, который по своей сути уже является композитом. Именно поэтому в «Анизопринте» его называют Композитное углеродное волокно (Composite Carbon Fiber / CCF) или Композитное базальтовое волокно (Composite Basalt Fiber / CBF).

Следующий этап — коэкструзия. В 3D-принтере волокно и термопластик подаются в один и тот же экструдер раздельно, это позволяет выбирать любые пластики в качестве матрицы и получать композитные детали с подходящими под конкретные задачи свойствами, например устойчивостью к перекиси, как в примере выше. Но главное — можно регулировать объёмную долю волокна, благодаря чему становится возможным печатать сетчатые конструкции — оптимальную форму для композитов.

Композиты однонаправлены, и обычно это считают недостатком, но это может быть достоинством, если правильно их использовать. Прочность и жёсткость композитов обеспечивается вдоль волокон. Такой материал лучше всего работает в одномерных структурах, поэтому сетки, состоящие из одномерных рёбер, — наиболее подходящая форма для композитов.

Сетчатые конструкции позволяют получить деталь минимальной массы, достигнув при этом достаточной прочности с учётом ожидаемых нагрузок. Таким образом, тратится только необходимый минимум материала, сокращая время печати и, как следствие, стоимость детали. Заменив оснастку на композитную с сетчатым заполнением, напечатанную на 3D-принтере, можно оптимизировать производство.

Армирующие материалы, 3D-принтер и программное обеспечение

Технология «Анизопринт» реализуется с помощью трёх составляющих:

  1. Армирующая нить в катушках: углеродная или базальтовая. Прочность на растяжение пластика, армированного CCF или CBF, доходит до 900 Мпа.
  2. Composer — настольный 3Dпринтер, позволяющий познакомиться с технологией. Сейчас доступен в двух размерах: А4 (область печати: 297 mm х 210 mm х 140 mm) и А3 (область печати: 460 mm х 297 mm х 210 mm).
  3. Аура — ПО, в котором задается схема армирования. Его можно попробовать бесплатно, даже на обычном пластиковом принтере. Аура работает на G-коде, который можно редактировать под себя. Программа обеспечивает свободу выбора настроек и возможностей.

Композитная 3D-печать для промышленных нужд

В этом году «Анизопринт» анонсировал новинку — ProM IS 500, первые поставки которой ожидаются с конца 2020 года. ProM — это 3D-принтер, печатающий композиты из высокотемпературных пластиков (ПЭЭК, ПЭИ), армированных непрерывными волокнами. Принтер будет содержать промышленные компоненты, ЧПУ, системы контроля качества и безопасности, обеспечивающие точное, повторяемое и надёжное производство композитных деталей среднего размера: область печати принтера 600 мм х 420 мм х 300 мм. ProM оснастят подогреваемой камерой, автоматической калибровкой, системой контроля качества материала и печати, высокоточным управлением движением. Принтер сможет работать круглосуточно в заводских условиях.

С помощью ProM IS 500 можно будет заменить менее эффективные традиционные технологии и материалы при производстве оснастки, запчастей и функциональных прототипов среднего размера в ряде сфер — в аэрокосмической отрасли, в автопроме, в робототехнике и т.д.