Китайский рекордсмен: трехмерный принтер, печатающий шестиметровые модели

Аэрокосмическая отрасль стала важным рынком для трехмерной печати. Boeing использует технологии аддитивного производства для создания вентиляционных систем, используемых как на военных, так и на гражданских летательных аппаратах. Boeing использует 30 напечатанных деталей в системе охлаждения бортового оборудования роскошного самолета Dreamliner. Эти воздухопроводы отличаются сложной геометрической формой, ранее требовавшей сборки из нескольких деталей. Благодаря 3D-печати подобные детали можно производить целиком, сберегая время и деньги – от 25 до 50%.

Будучи крупнейшей страной-производителем в мире, Китай осознает важность развития технологии 3D-печати. В частности, рассматривается роль трехмерной печати в модернизации авиастроительной отрасли.

С 2001 года в Китае ведется разработка технологий лазерной 3D-печати, способной создавать структурные элементы из титановых сплавов.

Главный конструктор J-15 Сун Конг рассказал, что 3D-прототипирование широко используется в разработке и постройке боевых самолетов, от J-16 и до истребителя нового поколения J-31. Прототип новейшего истребителя корабельного базирования, успешно прошедший первые испытания в октябре и ноябре 2012 года, имеет конструкцию, частично состоящую из напечатанных титановых деталей – особенно это касается элементов, подверженных критическим нагрузкам, как, например, носовая стойка шасси.

Напечатанная крупногабаритная титановая деталь истребителя J-20 или J-31

Эксперт в области авиационного материаловедения Ванг Хуамин утверждает, что в Китае имеются мощности, позволяющие напечатать раму лобового стекла для авиалайнера C-919 всего за 55 дней при стоимости менее 200 тысяч долларов. Для сравнения, европейские производители тратят как минимум 2 года и 2 миллиона долларов на аналогичную задачу, используя традиционные методы производства.

Команда Ванга из Бейханского университета создала самый большой трехмерный принтер в мире на сегодняшний день. Разработчики использовали технологию быстрого прототипирования для производства цельных несущих элементов и носовой стойки шасси самолетов типа C919.

Ученые Бейханского университета изобрели новый ряд технологий 3D-печати и программного обеспечения, позволяющих преодолеть целый ряд трудностей, включая деформацию материалов, возникновение трещин и др. Кроме того, лазер высокой мощности плавит металлический материал при температуре в несколько тысяч градусов Цельсия, требуя отсутствия кислорода и азота в рабочей камере принтера.

Традиционный подход предусматривает постройку большой вакуумной камеры, содержащей рабочее оборудование. Исследователи разработали новое оборудование, позволяющее обойтись защитными камерами размером чуть больше печатаемых деталей. Такое оборудование более удобно в эксплуатации, легче в обслуживании и дешевле.

Некоторые из комплексных структурных элементов из титанового сплава, произведенные Бейханским университетом, были разрешены к использованию на АЭС, в конструкциях космических аппаратов и ракет.

Ученые Северо-Западного политехнического университета Китая (NPU) принялись за исследования в области лазерного аддитивного производства (LAM) в 1995 году. Исследователи сделали упор на достижение отличных механических свойств напечатанных металлических деталей за счет тщательного контроля микроструктур используемых материалов. В качестве материалов используются титановые и жаропрочные сплавы, а также нержавеющая сталь.

В 2013, NPU использовал технологию лазерного спекания для создания пятиметрового центрального лонжерона крыла для пассажирского авиалайнера Comac C919, завершение разработки которого планируется в 2014 году, а начало коммерческой эксплуатации – в 2016. Литая деталь весит около 1607кг, в то время как напечатанная методом лазерного спекания – всего 136кг, что позволяет достигнуть экономии материалов порядка 91,5%. Как показали испытания, напечатанные детали обладают повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с литыми частями.

Большой 3D-принтер с диаметром изготовляемых моделей 1,8м

Как утверждает Ванг Хуамин, китайские наработки по технологиям крупногабаритной 3D-печати уже опережают американские аналоги. В 2011 году команда разработчиков из Научно-технологичесого университета Хуаджонга разработали устройство выборочного лазерного спекания с рабочей зоной в 1200мм x 1200мм.

В июне 2013 года ученые Даляньского технологического университета совместно с разработчиками из компании Unit Science and Technology Development Co. Ltd. спроектировали лазерный 3D-принтер, способный печатать объекты размером до 1,8м в каждой плоскости. Благодаря уникальной технологии «контурного сканирования» принтер позволяет сократить время обработки на 35% и снизить стоимость печати на 40% по сравнению с другими лазерными трехмерными принтерами. Этот лазерный 3D-принтер может применяться для создания литейных форм, используемых в производстве больших промышленных прототипов сложной геометрической формы.

Самый большой 3D-принтер в мире, способный создавать шестиметровые объекты

В ноябре 2013 года компания Nanfang Ventilator Co., Ltd анонсировала предстоящий ввод в эксплуатацию своего самого большого 3D-печатающего устройства. Проект станет воплощением идеи создания самого большого 3D-принтера в мире, предназначенного для производства конечных продуктов и оборудования. Начало эксплуатации 3D-принтера намечено на конец февраля 2014 года.

Согласно компании, габариты устройства составляют 28 метров в длину, 23 метра в ширину и 9,5 метров в высоту. Принтер способен печатать металлические объекты диаметром до 6 метров и весом до 300 тонн.

Использование трехмерной печати дает целый набор преимуществ, включая экономию времени и средств, повышение технических характеристик готового продукта и др. Новые технологии пригодны к использованию в производстве деталей для ядерной, энергетической, нефтехимической отраслей, кораблестроения и других видов промышленности.

В числе подходящих материалов для печати высокоуглеродистая, низколегированная и нержавеющая сталь. Низколегированные продукты в основном используются в ядерной и энергетической промышленности, включая реакторы. Высокоуглеродистая сталь предназначена для производства деталей, используемых в тепло- и гидроэнергетике.

Спецификации производимых объектов:

Диаметр: 2100мм ~ 6000мм
Толщина: ≤ 800мм
Длина: ≤ 10000мм
Максимальный вес: ≤ 300 тонн

Достижения в области 3D-печати позволят китайским предприятиям добиться прогресса в производстве литейных и штамповочных форм, улучшить экономические показатели и укрепить позиции на международном рынке.

Согласно прогнозам Ассоциации производителей трехмерных печатных продуктов Китая, национальный рынок трехмерной печати вырастет до 1,65млрд долларов к 2016 году, что превысит показатели 2012 года в десять раз. Если прогноз окажется верным, у Китая будет возможность обогнать США и занять лидирующую рыночную позицию.

В краткосрочной же перспективе, 3D-печать не сможет полностью заменить традиционные методы обработки и производства. Технологии лазерной трехмерной печати лучше подходят для производства высококачественных, дорогих деталей, в то время как традиционные методы лучше подходят для массового производства.

Статья подготовлена для 3dtoday.ru