Leader-ID
2312 subscribers

Волгоградские инженеры печатают детали для промышленного оборудования

<100 full reads
Волгоградские инженеры печатают детали для промышленного оборудования

Компания «Стереотек» разрабатывает и выпускает 5D-принтеры, которые печатают комплектующие для промышленного оборудования. Запчасти получаются прочнее оригиналов и стоят дешевле. С 2020 года проект поддерживает АСИ, а в феврале 2022 года он получил 100 млн рублей от Венчурного фонда НТИ.

Соучредитель и соавтор дорожной карты TechNet Анатолий Тулаев рассказал, чем их принтеры отличаются от классических 3D и почему санкции открывают для них новые возможности.

Первыми придумали 5D-принтеры и получили патенты

Не побоюсь сказать: «Стереотек» первым в мире придумал, создал и запустил в серийное производство пятиосевые принтеры. Компания Mitsubishi представила пятикоординатный принтер, который печатает примерно по такой же технологии, как и наша. Но первыми все-таки были мы и все патенты принадлежат нашей компании.

А все началось с того, что у доцента кафедры автоматизации производственных процессов ВГТУ Алексея Дроботова в 2012–2015 годах зародилась идея создать 3D-принтер, которому не нужен стол. Дело в том, что классические 3D-принтеры работают в трех осях — x, y, z, и деталь печатается на какой-то рабочей поверхности.

Идея убрать из-под принтера стол была футуристичной, на уровне «это невозможно».

5D-принтер Stereotech 530 HYBRID стоит 1 060 000 рублей, а годовое обслуживание — еще 10 000 рублей
5D-принтер Stereotech 530 HYBRID стоит 1 060 000 рублей, а годовое обслуживание — еще 10 000 рублей

5D означает 5 degrees of freedom — пять степеней свободы. Суть технологии в том, что принтер и программное обеспечение позволяют не только перемещать печатающую головку и стол в трех направлениях, но и поворачивать объект в двух осях. Так принтер научился печатать объекты, начиная с центра, а не снаружи. И мы смогли исключить из процесса рабочий стол.

Для применения 5Dtech мы выбрали промышленный сектор экономики. На этом принтере можно печатать разные типы деталей: крыльчатки, уплотнители, манжеты, кольца, рабочие колеса, муфты, опорные втулки.

Команда стартапа «Стереотек» собралась в 2016 году
Команда стартапа «Стереотек» собралась в 2016 году

Хотим стать революционерами импортозамещения

Мы оптимизируем свойства деталей, чтобы удешевить их производство и увеличить работоспособность. У оригинальных деталей всегда ограниченный срок годности, потому что бесконечная работа — это невыгодно для производителей. Например, львиную долю дохода производителей автомобилей составляет продажа запчастей. Есть даже целый научно-исследовательский институт компании Hewlett-Packard, который разрабатывает и подбирает такие детали и конструкции, чтобы можно было точно спрогнозировать, что они выйдут из строя через определенное время.

Мы делаем так, чтобы владелец промышленного оборудования не зависел от внешних факторов и чужих планов.

Вначале это был проект для защиты диссертации, теперь — в команде пять основателей и мы активно занимаемся продвижением проекта в промышленном секторе российского рынка. В 2021 году нам удалось встать на один пьедестал с проектами Ростеха, Роснано, Росатома и Ротека.

Принтер может не только перемещать печатающую головку в трех направлениях, но и поворачивать в двух осях
Принтер может не только перемещать печатающую головку в трех направлениях, но и поворачивать в двух осях
Наша цель — стать революционерами импортозамещения. И сегодняшние обстоятельства этому благоволят: на российские предприятия обрушиваются то локдауны и задержки поставок, то санкции, то скачущий курс рубля. При этом большую часть запчастей на производстве можно напечатать.

Убрали поддержки и сэкономили материал

У классических 3D-принтеров две главные проблемы. Во-первых, это низкая адгезия — то есть прочность между слоями. Во-вторых — они печатают детали с использованием поддержек, из-за чего те нуждаются в постобработке.

Чтобы напечатать предмет на 3D-принтере, нужно сначала напечатать его основу. На нее принтер будет наращивать слои. В воздухе принтер печатать не умеет, поэтому используют поддержки. Порой их так много, что они занимают больше места, чем сама деталь. А когда их демонтируют, деталь приходится дорабатывать, шлифовать и полировать.

Детали, которые печатает 5D-принтер, не нужно шлифовать
Детали, которые печатает 5D-принтер, не нужно шлифовать

Мы сделали так, чтобы детали, которые выходят из принтера 5Dtech, сразу были близки к совершенству. Это стало возможным, потому что мы добавили возможность поворачивать деталь во время печати.

Изделие печатается от центра и формируется не из плоских слоев, а из объемных. Получается прочная трехмерная структура. За счет этой технологии получается экономить до 60% материала.

Сравнение классической 3D-печати и результатов работы пятиосевого принтера
Сравнение классической 3D-печати и результатов работы пятиосевого принтера

Но все-таки на 5D-принтере мы не можем создать протезы или импланты. К ним слишком высокие требования по точности. К счастью, в промышленном производстве такой острой необходимости использовать гладкие поверхности нет.

Наша команда помогает производителю сэндвич-панелей Isopan решить проблемы дефицита запчастей для импортного оборудования
Наша команда помогает производителю сэндвич-панелей Isopan решить проблемы дефицита запчастей для импортного оборудования

Добавили оси, увеличили прочность изделий

Благодаря дополнительным осям можно изменять направление волокна. Так как у полимера есть свойства ориентации, мы можем увеличивать прочность изделия. За счет переплетения нитей волокон и объемной печати мы повышаем прочностные характеристики до 400%. Это не цифры «из головы», а результаты исследований в лабораториях. Последние данные мы получили от Курчатовского института, где сравнивали изделия, напечатанные на 5Dtech и на классическом 3D.

Мы считаем, что наша разработка может изменить мир, потому что принтер способен не только воспроизводить новые детали, но и восстанавливать старые.

Мы можем выращивать изношенную мембрану насоса прямо на ее металлическом основании:

Это большой технологический шаг в эксплуатации воздушных насосов с нагрузкой на помпу до 5 бар. Наши помпы уже используют в компании «Северсталь».

Снизили стоимость деталей в 100–150 раз

За счет того, что пластик довольно дешевый, мы получаем детали с низкой себестоимостью. Яркий пример — успокоитель цепи для станков сигарного типа компании «Северсталь». На фото крутильная машина сигарного типа. Она наматывает проволоку на бобины. Чтобы остановить такую бобину, нужны колодки.

Крутильная машина сигарного типа с колодками
Крутильная машина сигарного типа с колодками
Оригинальная немецкая колодка стоит 20 евро. А напечатанная — 15 рублей. По сегодняшнему курсу это разница в 120–130 раз!

С этого же завода есть еще один хороший пример. Крыльчатка для насоса для перекачки кислоты стоит в оригинале 52 000 рублей, а напечатанная — 475 рублей без учета амортизации принтера. Если мы прибавим амортизацию, то получим 1208 рублей. С учетом амортизации это будет почти в 43 раза выгоднее.

Насос работает в сверхагрессивной среде — 30% соляной кислоты. При этом напечатанная на 5D-принтере крыльчатка функционирует дольше, чем оригинал.

Мы сейчас тестируем предельный срок годности нашей детали. Оригинальная в строю шесть месяцев, а наша служит уже седьмой месяц и продолжает работать без проблем.

Крыльчатка насоса с оборудования «Северсталь Метиз»: слева — напечатанная, справа — оригинал
Крыльчатка насоса с оборудования «Северсталь Метиз»: слева — напечатанная, справа — оригинал

Сэкономили элеватору больше миллиона в год

Волгоградский элеватор работает на сложном оборудовании, состоящем из множества деталей. Одних только роликов в транспортной ленте нужно более 2000 штук. У каждого из них две опорные втулки подшипников, которые требуют замены каждые три года. Элеватор сам изготавливает их на токарном станке и тратит по 2362 рубля на каждую. В год выходит около 2 миллионов рублей. Деталь из нашего принтера обходится в 570 рублей при тех же сроках службы.

Используя принтер, за год можно сэкономить 1 195 000 только на втулках.

Сравнение стоимости оригинальных запчастей и напечатанных на 5D-принтере
Сравнение стоимости оригинальных запчастей и напечатанных на 5D-принтере

Используем отечественные материалы

В нашей технологии применяется более 90% известных разновидностей пластика в разной комбинации, в разном соотношении и с различными присадками. Их уже более 300. Например, пластик, наполненный стеклом. Он очень прочный, и его используют там, где больше нужна твердость, чем эластичность.

Так выглядит катушка. Это нить, которая подается в принтер. На печатающую головку в принтере направляется температура, которая расплавляет ее до пластичного состояния
Так выглядит катушка. Это нить, которая подается в принтер. На печатающую головку в принтере направляется температура, которая расплавляет ее до пластичного состояния
Наш 5D-принтер может печатать из базальтовых наполнителей, нейлона, металла, непрерывного углепластика, керамики, нержавеющей стали, сплава вольфрама и кобальта.

Полимеры в виде экструдеров мы получаем от российских производителей. Это компания РЭК — тоже резиденты «Сколково», которые, как и мы, стремятся занять свою нишу в промышленном секторе экономики. Они очень креативные, и нам с ними комфортно.

Вот, например, гибкий полимер Sealant TPE, по свойствам похожий на твердый силикон. Его используют для печати кнопок, патрубков, уплотнений, прокладок и гибких элементов
Вот, например, гибкий полимер Sealant TPE, по свойствам похожий на твердый силикон. Его используют для печати кнопок, патрубков, уплотнений, прокладок и гибких элементов

Металлы раньше получали из Швейцарии. Углепластик — у американских производителей. Но нам абсолютно не страшны санкции. Во-первых, над созданием филамента для печати металлом сейчас работает Новокузнецкий металлургический завод. И они очень близки к успеху — почти приблизились к показателям наших швейцарских партнеров. Резиденты «Сколково» создают филамент в виде непрерывного углеволокна. Мы с нетерпением ждем результатов этой работы.

Основная наша ниша — это пластик, полимеры и эластичные материалы, потому что детали из них применяются на производствах повсеместно. Сейчас добавляем еще несколько материалов, схожих с резиной, чтобы печатать уплотнители и манжеты.

У термополиуретана Sealant TPU93 высокая химическая стойкость к растворам кислот и щелочей, жирам, маслам, ксилолу, дизельному топливу. Он используется для печати уплотнений, прокладок и гибких элементов
У термополиуретана Sealant TPU93 высокая химическая стойкость к растворам кислот и щелочей, жирам, маслам, ксилолу, дизельному топливу. Он используется для печати уплотнений, прокладок и гибких элементов

Создали понятное ПО и собираем библиотеку запчастей

Мы берем оригинальные образцы деталей, создаем цифровые копии, затем отправляем их на принтер и получаем детали. Чтобы с задачей смог справиться даже первоклассник, создали понятное программное обеспечение. Если цифровая модель уже отработана и загружена в библиотеку цифровых копий — все просто.

Есть приложение STE App для управления процессом печати. Оно помогает быстро настроить оборудование и распределить задания между принтерами в одной сети. Есть программа Stereotech STE Slicer, которая дает возможность делить модели не только на плоские, но и криволинейные слои. Это позволяет влиять на прочность изделий.

Мы создали программное обеспечение, чтобы пользователи как можно быстрее осваивали технологию печати на наших 5D-принтерах
Мы создали программное обеспечение, чтобы пользователи как можно быстрее осваивали технологию печати на наших 5D-принтерах

Если нужно спроектировать деталь с нуля, требуются не только инженерные навыки, но и навыки работы в программных продуктах. Поэтому мы работаем над расширением цифровой библиотеки, чтобы конечному потребителю было просто использовать наши машины.

В библиотеке детали приобретают свой статус. Альфа-версии детали — это те, которые не прошли тесты на реальном оборудовании. Бета-версии — детали, которые схожи по характеристикам с оригинальными. А гамма-версия детали превосходит оригинальные детали по прочности и сроку службы.

Чтобы повысить спрос и набрать клиентов среди предприятий, нам нужно создавать огромное количество цифровых рабочих копий, которые с определенными настройками можно будет напечатать на наших принтерах. Мы пополняем библиотеку новыми моделями почти каждый день.

Доставка такой кислотостойкой мембраны насоса в Россию занимает два месяца. Печать на 5DTech — семь часов
Доставка такой кислотостойкой мембраны насоса в Россию занимает два месяца. Печать на 5DTech — семь часов

Можем отправить 5D-принтер в космос

В условиях микрогравитации 3D-принтеры применить не получится. А вот у 5D-принтеров нет зависимости от гравитации. Мы хотели предложить свои разработки компании SpaceX Илона Маска и были в начале пути взаимодействия.

У Илона Маска есть мечта — колонизировать Марс. И я уверен на 100%, что технологии, способные воспроизводить какие-то детали, будут там более чем актуальны.

Зачем везти с собой тонны запчастей на случай поломки в полете, если можно напечатать их по мере необходимости? Кто знает, может быть Илон еще сможет осуществить свою задумку, а российская компания «Стереотек» и наш принтер помогут в этом.

А пока все западные переговоры на стопе, мы занимаемся разработкой 6D-принтера — это шестиосная машина для печати крупногабаритных изделий до 1,5 м.