Технология 3D-печати прямо на наших глазах перекочевала со страниц фантастических романов в реальную жизнь. Этот метод производства позволяет изготовить практически всё что угодно и считается сегодня одним из наиболее перспективных. Ещё недавно он применялся только для создания редких и очень дорогих прототипов, а сейчас уже используется для серийного выпуска деталей с такими свойствами и формой, которые получить традиционными способами иногда просто невозможно. Одна из сфер применения технологии – производство рабочих частей насосов.
Новые горизонты
То, что в просторечии именуется 3D-печатью, инженеры называют аддитивным производством. Первые разработки в этой области появились в 1980-х годах, а в 2018-м технологию уже использовали 40 % глобальных промышленных компаний в мире: вдвое больше, чем в 2017-м. Согласно прогнозам, к 2030 году методом 3D-печати будет выпускаться 2/3 всей продукции в мире.
Суть технологии заключается в послойном нанесении материала, из которого должна быть изготовлена деталь, и придании заготовке нужной формы в соответствии с 3D-моделью. Можно сказать, что изделие «выращивают».
Способы нанесения слоёв на исходную заготовку могут быть разными, а перечень используемых при этом материалов с каждым днём становится всё шире. Сегодня это и различные виды полимеров, и металлы, и строительные материалы (например, бетон или гипс), и многое другое.
Аддитивным способом можно создать изделие любой, даже самой сложной конфигурации. Часто её просто невозможно получить традиционными методами: механической обработкой, литьём, штамповкой и т. д. При этом точность соблюдения геометрии поднимается на недостижимый ранее уровень, ведь фактически её можно отрегулировать до размера молекулы.
Ещё одно преимущество технологии – совершенная изотропия полученного изделия. Его физические и химические свойства будут одинаковы в любой точке, а отсутствие механической или термической обработки полностью снимает проблему остаточных напряжений.
Сегодня с помощью 3D-печати создают самые разные вещи. В первую очередь это функциональные детали, на долю которых приходится треть всей продукции, выпущенной аддитивным методом. Среди других примеров – электронные схемы, одежда, мебель и даже еда. Уже есть первые дома, изготовленные таким способом (вряд ли про них можно сказать: «построенные»), и даже автомобили, некоторые из которых «напечатаны» сразу и целиком. Большое распространение технология получила в медицине. С её помощью создают искусственные ткани органов, кровеносные сосуды, качественные протезы (в том числе зубные).
Совершенный насос
Инженеры GRUNDFOS занимаются разработками в области аддитивного производства уже больше 11 лет. В компании считают, что с помощью этой технологии можно выпускать насосы, которые будут превосходить даже самые совершенные и качественные современные аналоги.
«Одно из преимуществ 3D-печати заключается в том, что она позволяет производить целые узлы, которые традиционным способом невозможно объединить в одном изделии и приходится собирать из нескольких деталей. Это значительно повышает их прочность и эксплуатационные свойства», — объясняет Максим Семёнов, руководитель отдела продуктового менеджмента Департамента промышленного и бытового оборудования GRUNDFOS.
Качество и свойства изготовленных таким способом изделий намного превосходят те, которые можно получить обычным путём. В частности, благодаря изотропии и точной геометрии 3D-принтер позволяет выпускать идеально сбалансированные рабочие колёса насосов, что повышает их КПД и надёжность, увеличивает срок службы. Аналогичными соображениями руководствуются, например, производители авиационных двигателей, которые используют 3D-печать для формирования лопаток реактивных турбин.
Ещё одно из преимуществ технологии – скорость. «Сейчас даже самый сложный прототип с помощью 3D-печати можно изготовить всего за четыре-пять часов. Двадцать лет назад нам бы потребовалось на это четыре-пять дней, тридцать лет назад – четыре-пять недель. Это существенно ускоряет процесс разработки и доводки нового оборудования», – говорит Максим Семёнов.
Единственным недостатком, по мнению специалиста, пока остаётся всё ещё довольно высокая себестоимость аддитивного производства. Но сейчас разрыв уже не настолько критичен, как в прошлом, и с каждым годом он сокращается.
К тому же 3D-принтеры абсолютно безотходны, так как используют только строго необходимое количество исходного сырья. Если в процессе производства всё же образуются какие-то отходы или излишки, то они легко могут быть пущены в дело повторно.
3D-печать идёт в серию
До недавнего времени аддитивные технологии в GRUNDFOS использовали только при создании прототипов нового оборудования. Всё изменилось 1 сентября 2018 года, когда на предприятии компании в Дании была открыта новая AM-лаборатория (от additive manufacturing – «технология послойной печати»). Здесь в числе прочего идёт интенсивная работа по адаптации 3D-печати для нужд серийного производства.
Исследования ведутся в разных направлениях, с применением различных материалов: полимеров, пластиков и металлов. Для этого в лаборатории установлено несколько 3D-принтеров с разными технологиями печати.
Один из них использует инновационную методику лазерного спекания SLM (selective laser melting). Принтер формирует деталь из тонкого металлического порошка пут"