3D печать: технология для работы и отдыха

Увлеченные люди - это особая каста. Там, где у обывателя  проходит разделение на трудовые обязанности и досуг, у человека увлеченного находится удивительное пространство по превращению хобби в работу и наоборот. Со стороны становится трудно понять, где развлекается душа, а где «кипят» научные изыскания. В общем, классическая схема, в которой отдых - это смена деятельности. 

Эпоха возрождения давно прошла, но герой этого кейса, Андрей Шилейко, удачно бы вписался в нее на 100%. Добродетели тех времен, разносторонние интересы и постоянное развитие личных навыков - это как раз про него.

Андрей Шилейко

Два диплома Российского технологического университета МИРЭА по сварочному делу и аддитивным технологиям в машиностроении удачно сочетаются с созданием арт-объектов для Burning man 2019, работой в мастерской для киношников «Maddragon» и десятком других направлений. «Физик» и «лирик» в одном лице.

Арт-объект для Burning man  2019. «Аэродром для витания в облаках» . Фото предоставлено Андреем Шилейко

Для справки: Burning man - ежегодное культурное событие. Проходит в пустыне Блэк-Рок в Неваде (США). Глобальная арт-площадка для костюмированных шествий, показа инсталляций современного искусства, музыкальных выступлений. 

Первым шагом к аддитивным технологиям стала покупка китайского 3D принтера в 2019 году, причем Андрей как истинный «технарь» сразу же поставил перед собой комплекс конкретных задач:

• Понять основные принципы 3D печати;
• Освоить новое оборудование;
• Обозначить плюсы и минусы принтера;
• Определить точки роста в нише аддитивных технологий.

В быстром освоении нового направления помогло высшее образование по сварочным технологиям. В чем взаимосвязь?

«Если приходится объяснять кому-то про 3D печать обычно провожу аналогию со сваркой, потому как если к сварке добавить еще одну координату, то получится именно 3D печать. Такое как раз и практиковалось только это называли наплавкой. Имея хороший опыт в этой сфере, довольно часто провожу аналогии по тому, как регулируются различные стандарты и как можно классифицировать, например дефекты в 3D печати.» 

Андрей Шилейко

После активной эксплуатации «бюджетника» стало понятно, что нужно более мощное и совершенное оборудование. Осознанный выбор пал на Hercules 18, так как в нем был необходимый функционал. Тем более появилась возможность приобретения его по подписке. 
Большим подспорьем было содействие ИМПРИНТА в корректировке прошивки ПО принтера для печати на высоких температурах, так как предстояла работа с композитными материалами.

Как водится, первые клиенты в большинстве случаев - это знакомые. «Пробой пера» стала печать розеток для мебели, но особых затруднений она не вызвала. 

Как ни странно ожидаемый «первый блин» «вылез» во втором заказе ( кронштейны для боковых зеркал автомашины Ока), который стал «сериалом с продолжением». Ибо изначально неудачный выбор материала PLA привел к разрушению первого комплекта деталей. И лишь со второй попытки все получилось как надо.

Кронштейны для боковых зеркал автомобиля Ока. Материал: Eternal (ASA) от REC. Принтер Hercules 18. Время печати 35 часов. Температура сопла 245 °С. Температура стола 110 °С. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Кронштейны для боковых зеркал установлены на автомобиле Ока. Фото предоставлено Андреем Шилейко

В целом специфика заказов, с которыми обычно приходят клиенты (небольшие мастерские) - невозможность приобретения деталей изготовленных традиционным способом:

1. Либо их не выпускают отдельно в принципе;
2. Или себестоимость заказа у производителя гораздо выше, чем печать на 3D принтере.

Крепления для топливного бака моторной лодки. Материал: TOTAL CF-5 от Filamentarno. Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Показательным примером второй причины было задание по массовому изготовлению пластиковых элементов.  Оригиналы производят в Испании, что с учетом курса Евро и кризиса в экономике сделало аддитивные технологии палочкой-выручалочкой конкретно в этом случае. 

Всего нужно было напечатать 350 (!) комплектов с полным совпадением по цвету и прочностным характеристикам. Опыт Андрея плюс высокая производительность принтера Hercules 18 помогли с честью выполнить обязательства.

Пластиковые элементы. Материал: ASB от BestFilament. Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Впрочем, и это не потолок. Следующий заказ - на 2 550 штук был также исполнен вовремя.

Пластиковые элементы. Партия: 2 550 штук. Материал: PLA от BestFilament. Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Однако аддитивные технологии сейчас - это не только про сувениры и прочую мелочевку. Особая гордость - изготовление деталей для оборудования, работающего с металлом. Сами понимаете, что нагрузки, к примеру,  на  вальцы трубогибочного станка или гибочную оснастку серьезные. 3D печать таких деталей  оптимальна для производственных партии до 10 000 единиц готовых изделий и позволяют:

• Разработать уникальную оснастку в очень сжатые сроки и обойтись без подрядчиков;
• Оптимизировать расходы на изготовление оснастки;
• Уменьшить себестоимость для небольших партий изделий за счет отсутствия расходов на разработку, изготовление и доводку металлической оснастки.

Валец для гибки труб диаметром 30х2 мм из алюминия. Материал: Titan GF-12 от «Filamentarno!». Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Другой пример.

3 варианта оснастки для изготовления дверной планки. Изготовление и корректировка проведены в очень сжатые сроки. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Оснастка для изготовления дверной планки. Материал: Titan GF-12 от «Filamentarno!»

Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

Дверная планка. Фото предоставлено Андреем Шилейко

«На прошлой неделе распечатал оснастку для гибки, тоже из Titan GF-12 и удалось согнуть 10 мм стальную пластину. У гибщика со стажем 20 лет были очень большие глаза что такое вообще возможно.» 

Андрей Шилейко

Пуансон и матрица для гибки 10 мм стали. Материал: Titan GF-12 от «Filamentarno!»

Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

И все же 3D печать деталей для Андрея - больше хобби, чем работа. Иногда даже приходиться отказывать клиентам из-за занятости в других проектах и научной работой (учеба в аспирантуре обязывает). 

В настоящее время ему как аспиранту и инженеру-технологу более интересно применение аддитивных технологий как части комплексного решения при разработке сложных технических проектов.  

Хорошим примером такой деятельности является сборка в рамках открытого проекта MPCNC универсальной платформы точного управления движением под оборудование с ЧПУ (фрезерный станок, 3D-принтер, лазерный резак, виниловый резак, плазменный резак).

Универсальная платформа открытого проекта MPCNC. Материал пластиковых деталей: ABS GF-4 от «Filamentarno!». Время печати: 245 часов. Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

В ходе монтажа пригодился опыт в электронике, сборке механики, а уже после окончательной сборки платформы можно отработать навыки по фрезеровке, написанию управляющих программ. Не говоря о том, что все пластиковые элементы платформы были напечатаны на Hercules 18

Детали для универсальной платформы открытого проекта MPCNC. Материал: ABS GF-4 от «Filamentarno!». Время печати: 245 часов. Принтер Hercules 18. Фото предоставлено Андреем Шилейко

«Для меня 3D принтер такой же ЧПУ станок, как и остальные (токарный, фрезерный, гибочный, лазерного раскроя). Он может изготавливать, как и конечный продукт, так и «полуфабрикат», который будет частью чего-то большего. Для меня второй вариант более интересен, так при нем получаются более сложные и функциональные изделия.» 

Андрей Шилейко

Современные технологии помогают обозначить горизонт решений, а заодно и выявляют точки соприкосновения со смежными областями. Та же 3D печать, по словам молодого ученого, не только поле исследований расходных материалов и оборудования, но и способ узнать ответы на чисто прикладные вопросы. Например, подходят ли изделия, распечатанные на 3D принтере, для применения в металлообработке и множество других сфер. 

Наглядным примером такого подхода стала работа над диссертацией в магистратуре. Тема - Изменение прочностных характеристик материала в зависимости от параметров печати. Это стало серьезным вызовом и потребовало мобилизации ранее накопленного опыта.

В ходе научного обоснования пришлось:

• Изучить большой объем материалов по испытаниям полимеров;
• Придумать регламент испытаний;
• Распечатать тестовые образцы - 72 лопатки;
• Провести испытания на разрывной машине - 8 часов;
• Самостоятельно обработать результаты.

Образцы для испытания на разрыв. Время печати: 1.5 недели. Материал: ABS от филаментарно. Принтер Hercules 18.  Фото предоставлено Андреем Шилейко

Итогом кропотливой работы стал график, где отразилась зависимость прочностных характеристик образцов от температуры печати.

В планах на будущее у Андрея научные исследования по возможности совмещения 3D печати и гибки металлов. Для этого понадобится проведение испытаний, многочисленные исследования и подбор наиболее подходящих материалов для таких операций. Сейчас все подчинено проработке мероприятий в этой области. 

А помимо этого  погружение в тему литья, написание программ для фрезеровки, создание арт-объектов. Как видите, между отдыхом и работой очень тонкая грань и 3D печать - универсальная технология как для первого, так и для второго.