Как и зачем я обзавелся 3д принтером Hercules

Добрый день! Я решил поделиться своей историей о применении 3д печати для нужд своего химико-технологического стартапа и успешным опытом использования 3д принтера Геркулес Стронг.

Для начала расскажу о своей работе. В 2014 году я с группой единомышленников (в основном выходцев из РАН) создал ООО «ИнХимСинтез»‎. Мы решили создать уникальное производство наноразмерного порошка карбида кремния ( его формула - SiC). Нано-SiC может применяться для изготовления сверхпрочной технической керамики (начиная от запорных колец в водопроводных вентилях, и заканчивая деталями реактивных двигателей и ядерных реакторов). Также он применяется для сверхтонкой полировки оптики и электроники, может входить в состав разных композитных материалов, термопаст и термоклеев.

Собственно, карбид кремния в крупнокристаллической форме (с размером частиц от 2-3 мкм и крупнее) производят уже давно и он весьма дешев. Многие видели его и держали в руках - из такого карбида кремния делают наждачную бумагу и круги. Карбид кремния обычно бывает светло-серо-зеленого или черного цвета. Наш продукт отличается существенно меньшим размером частиц - в среднем порядка 80-100 нм, и это позволяет делать из него материалы более высокого класса. Технологии производства нано-SiC и крупнокристаллического аналога сильно отличаются. Отличается и цена - если "обычный" SiC стоит порядка 200-300 руб. за 1 кг, то за 1 кг нанопоршка на мировом рынке просят порядка 500-600$, и цена со временем не снижается.

Задачка по производству нанопорошка SiC оказалась не такой простой, как думалось изначально. Во всем мире его производят, скорее всего, не более 10-15 компаний, и в относительно небольших количествах. В открытых источниках практически нет информации об особенностях технологи, все ценные сведения держат в режиме коммерческой тайны. Но мы разработали свой подход к получению нано-SiC, сейчас заканчиваем опытную технологическую линию производительностью до 20 кг в месяц. После этого планируем привлечь новые инвестиции и создать производство полноценного промышленного масштаба.

Нам приходится постоянно конструировать и собирать нестандартное химико-технологическое оборудование своими силами. При этом часто возникает проблема отсутствия нестандартных запчастей и принадлежностей. Бывало что каких-то готовых практических решений и вовсе не было, а заказ деталей из металла обходится дорого и технологически сложно, поэтому я и обратился к 3д-печати.

Я обзавелся б/у 3д-принтером "Геркулес Стронг 2015", который по мере необходимости закрывает задачи с недостатком комплектующих и помогает мне улучшать собственное оборудование. При выборе принтера я руководствовался несколькими параметрами: невысокая цена, большая область печати, закрытый и надежный корпус. Могу сказать, что 3д-печать оправдала ожидания в плане экономии на изготовлении некоторых деталей из металла, не говоря уже об изготовлении специфических запчастей.

Что касается самого 3д принтера Геркулес, то могу сказать, что я остался доволен. Конечно, присутствовали небольшие минусы, но я ссылаю их на состояние "б/у" и год производства. Я сам смог устранить некоторые недостатки, например, заменил в экструдере фторопластовую трубку на фторопласт Ф4К20, который имеет большую термостойкость. Также я разработал свою методику подготовки стола, которая хорошо подходит для крупногабаритных деталей с усадкой. Мне было важно решить две проблемы - прочно зафиксировать деталь и не повреждать стол, поэтому я приклеиваю обычную бумагу А4 на клей-карандаш по всей площади, а дальше все зависит от пластика, которым печатаю. Под ABS и ABS+PC на верхний слой бумаги можно нанести раствор ABS, а для других пластиков обычно подходит тот же клей-карандаш. Еще небольшой недоработкой для меня стало отсутствие гнезда под катушку на 5 кг. На новых моделях она уже присутствует. В целом серьезных замечаний к аппарату у меня не было.

Одной из моих последних разработок могу назвать диссольвер с двумя рубашками для изготовления исходного материала под синтез нано-SiC. Для него на 3д-принтере распечатывалось несколько деталей. Стойка под мотор-редуктор была изготовлена из обычного ABS. Переходник с резьбой и конусом для установки лабораторного стеклянного холодильника и наконечник погружной мешалки  я печатал из ABS+PC. Во время эксплуатации никаких проблем с деталями обнаружено не было. ABS+PC был выбран из-за более высокой термической стойкости, поскольку процесс в этом аппарате идет при температуре свыше 80 С.

Стойка под мотор-редуктор

Наконечник мешалки

Еще хотелось бы рассказать о вальцовой сушильной вакуумной установке, которая нужна для следующей стадии синтеза. Большую часть установки мы собрали из нержавейки. Для сбора конденсата мы приобрели б/у водоохлаждаемый стеклянный холодильник, у которого отсутствовали многие принадлежности. Покупать новый было бы слишком дорого и нецелесообразно, а отдельные запчасти под стандарт имеющегося холодильника уже не производятся. Вот тут 3д-печать пригодилась в полной мере. На 3д-принтере были напечатаны крепежные фланцы из PETG, литейные формы под полиуретановые прокладки (из PLA с низким заполнением), донный фланец из ABS c двумя отводными патрубками и канавкой под прокладку. Масса фланца оказалась почти 1 кг. После сборки и испытаний оказалось, что весь агрегат, включая холодильник, держит вакуум (порядка 150 мм рт.ст. остаточного давления), что собственно и требовалось по технологии.

Форма для литья прокладки

А это холодильник в сборе. Верхняя пара фланцев и донный фланец распечатаны. Коричневые прокладки отлиты в распечатанной форме

Для диверсификации деятельности мы продвигаем и еще одно направление - разработку и изготовление малогабаритного химико-технологического оборудования и лабораторных печей по индивидуальным заказам. Здесь мы тоже печатаем на принтере разнообразные кожухи, изоляторы и кронштейны. Детали, сделанные на принтере, хорошо стыкуются с металлическими деталями, придают эстетичный внешний вид и удобство обращения с аппаратом.В будущем мы планируем сделать упор на химическом произвостве. Если дела пойдут успешно - мы будем осваивать новые виды нанопорошков из группы тугоплавких керамических материалов. Опять же, надо будет делать много нестандартного оборудования, и 3д-печать будет нужна регулярно.