3D-печать в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого — один из первых вузов, кто почувствовал перспективность 3D-печати и уже несколько лет развивает данное направление. Например, на базе Политеха есть несколько лабораторий, где с помощью технологии 3D-печати производятся изделия для различных сфер — начиная с медицины и заканчивая авиастроением.

НТК «МашТех» — производство и эксплуатация

Научно-технологический комплекс «Машиностроительные технологии» (НТК «МашТех») ставит перед собой задачу оказывать производственные услуги широкому кругу потребителей. Спектр возможностей комплекса обеспечивает всю технологическую цепочку: от чертежа прототипа до изготовления конечной продукции (отливки из металла, пластмассы, резины).

Все установленное производственное оборудование с числовым программным управлением 3D-принтеры, камера вакуумирования, автоклав, печи отжига и литья, установка циклон, а также фрезерные станки. Благодаря такому парку оборудования ручной труд сводится к минимуму и у специалистов есть время для решения других производственных задач. В НТК «МашТех» 3D-печать реализуют три принтера с разными технологиями.

Первая технология — Polyjet, принтер израильской фирмы Objet модели Eden 250 с зоной построения 250*250*200мм. Отличительными особенностями такого принтера является то, что можно использовать различные материалы (фотополимерный пластик разного состава, цвета и физических свойств) и минимальную толщину слоя построения — подходит для создания мелких и гладких деталей с высокой точностью и детализацией. Главное же преимущество — это печать за очень короткое время при использовании водорастворимой поддержки (от 30мин). На сегодняшний день Polyjet — единственная технология, которая позволяет комбинировать сразу несколько материалов в одном изделии. Принтер реализуется в следующих направлениях промышленности: медицинские шаблоны, срочное изготовление вышедших из строя элементов различных механизмов (где ежечасный простой, это многотысячные убытки для руководителей бизнеса).

Технология стереолитографии (SLA или SL) заключается в том, что лазерный луч засвечивает жидкую фотополимерную массу, за счет чего происходит затвердевание. В результате получается аналог пластика, который применяется абсолютно везде. Этот принтер печатает детали высокой точности, которые не требуют какой-либо особой обработки после печати, поэтому можно создавать модели с самой сложной геометрией. Это выгоднее в случае производства макетов, моделей и прототипов или серий малой тиражности. Работы выполняются на оборудовании компании 3D Systems из США модель iPro9000 с зоной построения 650*350*300мм.

Технология селективного лазерного спекания (SLS, Selective laser sintering) — в принтер загружается мелкодисперсный порошок, а углекислотный лазер засвечивает область построения, и она затвердевает. Лазерное спекание (LS) во многом похоже на стереолитографию, но вместо жидкого полимера здесь заправляются различные порошки. НТК «МашТех» использует для выполнения работ широкий перечень материалов по SLS-технологии: полиамид, стеклонаполненный полиамид, сплав стали и бронзы, Flex материал, эластомер, полистирол, а также композитный материал (полиамид с углеволокном). При печати на данном принтере не нужно использовать поддержки для прототипов. К преимуществам данной технологии также можно отнести эффективный расход материалов и доступность — материалы можно найти в широком ассортименте практически в каждой стране. Данный метод 3D-печати применяется в промышленности для изготовления мелких партий деталей или каких-либо сложных составляющих устройств, которые не выгодно заказывать большими партиями или требуется сделать несколько прототипов для тестирования и внесения изменений — это в результате окажется значительно дешевле, чем исправление конструкторских ошибок в серийно выпускаемой продукции. Работы выполняются на 3D-принтере компании из США, 3D Systems, модели Sinterstation HiQ+HS.

Ряд разработок СПбПУ уже выпущен в производство. Успешным проектом НТК «МашТех» в области медицины стал титановый протез тазобедренного сустава, выращенный при помощи аддитивных технологий, — два года назад он был передан Институту травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена. Это первый в России проект по внедрению аддитивных технологий в производство высокотехнологичных изделий для медицины.

По словам руководителя «МашТеха» Романа Кузьменко, на данный момент научно-технический комплекс сотрудничает с медицинскими учреждениями Петербурга — производит шаблоны и эндопротезы для хирургических операций.

Помимо прочего, услугами Политехнического университета Петра Великого пользуются дизайнерские бюро. Прежде чем заказать в Китае производство кухонной утвари, у НТК «МашТех» для испытаний запрашиваются модели ложек, рукояток от посуды и прочее. После проверки изделий производство отправляется в Китай. Научно-технологический комплекс также развивает сотрудничество с автосервисами, имеющими множество нестандартных задач по ремонту автомобилей, конструкторскими бюро, заводами России, которым требуется изготовление отливок из металла в кратчайшие сроки и высокого качества (с использованием вакуумных литьевых машин), а также частными клиентами.

Фаблаб — мастерская для молодежи

В стенах СПбПУ студенты и школьники имеют возможность реализовывать свои технические идеи в Фаблабе — открытой высокотехнологичной мастерской для молодежи. Фаблаб Политех является участником мировой сети Fab Lab и был создан при содействии компании «Фотомеханика».

Фаблаб Политех запустил проект доступного цифрового оборудования DFKit, в рамках которого был разработан комплект учебно-производственных станков, позволяющих полностью оснастить учебный класс технологии, небольшую производственную лабораторию, мастерскую или отдел прототипирования молодой компании.

Комплект состоит из четырех станков, обладающих общими принципами работы, дизайном и управляющим программным обеспечением.

Трехосевой фрезерный станок DF-Mill 1 портального типа для обработки дерева, фанеры, ДСП, пластиков и других мягких материалов. Подходит для обработки алюминиевых и латунных деталей. Как и у всех станков DFKit, у фрезерного станка есть защитный колпак, закрывающийся на ключ, — это обеспечивает безопасную работу с оборудованием при обучении детей.

Экструзионный 3D-принтер оснащен подогреваемой платформой мощностью 600 Вт, обеспечивающей возможность печати ABS пластиком и нейлоном. Печатающая головка имеет турбо-кулер для обдува зоны печати, что необходимо для достижения высокой точности изготавливаемых деталей.

Гравер DF-Laser 1 в основном предназначен для гравировки неметаллических материалов, таких как акрил, полистирол, ПЭТ, фанера, дерево, ткань, мех, кожа и т.д. При помощи специальных цветных спреев, можно гравировать по металлу.

Профессиональный 3D-сканер DF-Scaner 1 применяется для обратной разработки, контроля качества изделий и оцифровки предметов искусства. 3D-сканер устанавливается в защитный корпус с использование поворотного стола, дающий ему круговой обзор 360°.

При печати используется технология FDM, при которой применяется пластиковый пруток, который расплавляется и экструдируется через сопло малого диаметра, далее за счет перемещения экструдера (печатающей головки) линия за линией наносится слой материала требуемой формы и получается требуемое изделие.

ИЛИСТ — инновации в 3D

В Институте лазерных и сварочных технологий СПбПУ под руководством директора Глеба Андреевича Туричина и и.о. ректора СПбГМТУ реализуют целый ряд передовых проектов, которым нет аналогов в мире.

Так, например, в ИЛИСТе развиваются работы по лазерной наплавке — разработано оборудование и технологии прямого лазерного выращивания изделий из металлических порошков, позволяющих создавать объекты сложной формы по заранее заданной 3D-модели.

Особенность данной технологии заключается в том, что она позволяет достигать частичное расплавление порошка при сохранении высоких скоростей изготовления изделия. При использовании данного метода изделие формируется из порошка, подаваемого сжатой газопорошковой струей в зону выращивания. Причем газопорошковая струя может быть, как коаксиальной, так и некоаксиальной сфокусированному лазерному лучу, обеспечивающему нагрев и частичное плавление порошка и подогрев подложки.

Институт лазерных и сварочных технологий создал самую производительную в мире установку по выращиванию изделий большого размера. Используемая технология позволяет практически избавиться от угловых и термических деформаций в подобных крупногабаритных конструкциях.

На собранной установке всего за 15 часов с машиностроительной точностью было выращено заказанное авиаремонтным заводом «Объединённая двигателестроительная корпорация» кольцо диаметром почти два метра.

Разрабатываемые технологии и оборудование прямого лазерного выращивания обладают потенциалом технологического влияния на развитие нескольких отраслей экономики — двигателестроение, медицина, предприятия ракетно-космической отрасли, транспортного, судового и энергетического машиностроения.

Помимо этого, в рамках Федеральной целевой программы сотрудники ИЛИСТа работают над созданием технологии высокоскоростного изготовления деталей и компонентов авиационных двигателей методами гетерофазной порошковой металлургии.

Основная задача этого проекта — создание научно-технических основ для промышленного освоения технологии прямого лазерного выращивания рабочих узлов и элементов авиационных двигателей с повышенными эксплуатационными характеристиками и рабочим ресурсом.

Разрабатываемые решения должны обеспечить эффективность процесса изготовления деталей авиационных двигателей, в том числе за счет снижения материалоёмкости и значительного увеличения производительности технологического процесса.

О других разработках ученых СПбПУ вы можете прочесть в других материалах на нашем портале.