• Истории успеха

Аддитивное производство: точнее, быстрее, дешевле

«Аддитивные технологии (АТ) – одни из самых динамично развивающихся технологий ХХI века, – рассказывает Алексей Курчев, заместитель директора по аддитивным технологиям «ИННФОКУС». – АТ позволяют снизить себестоимость изделий, увеличив коэффициент использования материала (КИМ), дают возможность изготавливать принципиально новые и сложные детали, ускоряют вывод опытного или серийного изделия на рынок. АТ безальтернативны, когда предприятию нужно быстро вывести на рынок небольшую партию изделий».

Аддитивные технологии позволяют использовать для 3D-печати разные материалы – от пластика и металла до биоматериала. Для своих проектов «ИННФОКУС» чаще всего использует технологию селективного лазерного сплавления (SLM). Суть технологии SLM заключается в точечном сплавлении металлического порошка лазером в заранее сформированном слое.

Для успешного изготовления детали по технологии SLM 3D-модель должна соответствовать ряду технических условий. Для адаптации модели к этим условиям «ИННФОКУС» использует Autodesk Netfabb. «Программа обладает множеством инструментов для технологической подготовки к аддитивному производству, – говорит Алексей Курчев. – Это исправление ошибок 3D-моделей, подбор оптимального расположения и автоматическое пакование множества деталей в камере построения, создание ячеистых микроструктур, подготовка различных типов поддерживающих структур в зависимости от технологии изготовления, подготовка управляющих программ для установок аддитивного производства». Преимущества Autodesk Netfabb «ИННФОКУС» смог оценить при оптимизации детали «Кронштейн» по заказу крупного машиностроительного предприятия.

Деталь «Кронштейн»: оптимизация с Netfabb

Изначально деталь «Кронштейн» выпускалась заказчиком по традиционной технологии фрезерования. В своем исходном виде она не устраивала производителя:

• критически низкий КИМ: в результате обработки детали на фрезерном станке в «стружку» уходило около 95% материала – дорогостоящего титанового сплава;
• высокая стоимость изготовления;

• длительный цикл изготовления;
• высокий износ оборудования.

С точки зрения «ИННФОКУС» деталь можно было облегчить путем изменения формы. Заказчик был с этим согласен. Также заказчик поддержал идею «ИННФОКУС» использовать в работе аддитивные технологии. «Разработка детали традиционным способом с учетом подготовительных и контрольных операций занимает несколько месяцев, и в ней обычно задействованы эксперты не менее 5 специальностей, – рассказывает Алексей Курчев. – Сначала конструктор, затем технолог, потом IT-специалист, пишущий программу для ЧПУ-станка, и так далее. Аддитивная технология позволяет выполнить задачу силами одного специалиста и сократить время разработки до 2-3 недель».

Непосредственно работа над деталью «Кронштейн» началась с анализа чертежа и модели. Деталь, спроектированная под изготовление по традиционным технологиям, была адаптирована к изготовлению на 3D-принтере с помощью Autodesk Netfabb. Полученные результаты проанализировали и представили заказчику с предложением доработки конструкции. Далее от заказчика была получена информация о нагрузках и положении детали «Кронштейн» в конечном изделии, а также условиях эксплуатации. С учетом этих данных деталь была доработана под изготовление методом SLM, промоделирована в Autodesk Netfabb. Затем была изготовлена опытная деталь для проверки сходимости результатов моделирования. «Результат нас по-настоящему поразил, – рассказывает Алексей Курчев. – Моделирование процесса SLM в Netfabb Simulation показало отличное качественное и количественное (около 95%) совпадение коробления расчетной модели с данными 3D-сканирования изготовленной опытной детали. Однако данная деталь была изготовлена вне геометрического допуска заказчика, в некоторых местах технологические коробления (деформации) достигали 1 мм».

Проблему больших короблений «ИННФОКУС» также стал решать с помощью Autodesk Netfabb. «Мы применили встроенный в Netfabb инструмент предеформации, – рассказывает Алексей Курчев. – Для уменьшения коробления детали использовался функционал компенсации технологических деформаций. При изготовлении предеформированной детали удалось значительно снизить коробление в сравнении с первонаxальным вариантом. В результате все геометрические размеры детали попали в допуск».

При проведении симуляции использовался целый ряд параметров, связанных со свойствами и функционалом детали. В частности, информация о нагрузках на деталь в рамках сборки, о материале изготовления, ограничениях по перемещению детали, области проектирования, которую возможно использовать для оптимизации. Также с помощью Netfabb было подобрано оптимальное расположение детали в камере построения и найдено минимальное достаточное для печати количество поддерживающих структур, доля которых в общей массе детали составила 5%.

Результатом моделирования в Autodesk Netfabb стала пригодная для 3D-печати деталь, по всем ключевым параметрам превосходящая исходную. «Деталь, спроектированная с помощью аддитивной технологии, стала легче примерно на 30%, – говорит Алексей Курчев. – Время ее изготовления сократилось в разы. Мы смогли повысить производительность, разместив на одной платформе построения сразу три кронштейна. Также получилось значительно сократить стоимость изготовления детали за счет увеличения КИМ. Так, отходы производства при аддитивном методе составили не 95%, как при традиционных методах обработки, а всего 5%. Работа над деталью «Кронштейн» стала еще и тестом для Autodesk Netfabb.

Мы постоянно тестируем различное ПО, предназначенное для работы с аддитивными технологиями, и на сегодняшний день считаем Autodesk Netfabb оптимальным для технологической подготовки модели. На наших проектах Netfabb дает сходимость моделирования процесса SLM выше другого ПО, работающего с теми же задачами. Это позволяет сократить количество бракованных деталей, сэкономить наши средства и средства заказчика. К важным преимуществам решения относится совместимость с разными, в том числе специфическими, CAD-продуктами, поддержка многих форма- тов файлов».

Деталь «Накладка»: снижение массы

3D-модель детали с ячеистыми структурами и фото изготовленной детали

Еще одно преимущество Autodesk Netfabb «ИННФОКУС» испытал при работе над деталью «Накладка». В данном случае специалисты «ИННФОКУС» смогли снизить массу изделия с помощью инструмента
моделирования Autodesk Netfabb – ячеистых микроструктур. Также применение ячеистых структур увеличило жесткость детали и позволило избежать множественных трещин. Удалось не только снизить массу изделия, но и объединить четыре детали в одну. «Важным итогом работы над деталями «Кронштейн» и «Накладка» с применением аддитивных технологий и Autodesk Netfabb стало решение нашего клиента, крупного машиностроительного производства, о широком внедрении аддитивных технологий, –подводит итог Алексей Курчев. – Проект показал, что аналогичным способом могут быть оптимизированы и адаптированы под аддитивное производство и другие детали, что позволит нашему клиенту быстрее выводить на рынок продукцию и сокращать себестоимость изделий. В свою очередь, задачей «ИННФОКУС» станет внедрение аддитивного производства на предприятии».