Доступные 3D‑услуги для бизнеса: в Краснодаре осваивают промышленный SLA‑принтер

Специалисты iQB Technologies провели работы по поставке и пусконаладке промышленного фотополимерного 3D‑принтера в Фонде развития бизнеса Краснодарского края. Мы обсудили результаты проекта со специалистом Центра прототипирования Фонда Максимом Дериковым и техническим экспертом iQB Technologies Владиславом Шлепкиным.

Что вы узнаете из интервью:

• как работает RP‑центр в России, какие задачи решаются с помощью 3D‑технологий;
• в каких случаях предприятию выгодно заказать услуги аддитивного производства;
• как программное обеспечение для подготовки моделей к 3D‑печати помогает оптимизировать и создаваемое изделие, и рабочий процесс;
• первые успешные примеры применения промышленной SLA‑печати в Центре прототипирования.

– Максим, расскажите о деятельности Вашего RP‑центра. Какие задачи он решает?

М. Дериков. Наш Центр прототипирования работает как одно из структурных подразделений Фонда развития бизнеса Краснодарского края, через который реализуются госпрограммы по поддержке предпринимательства в нашем регионе.

Центр был создан с целью оказать содействие развитию производственных предприятий по разработке изделий, созданию опытных образцов и иной мелкосерийной продукции. Все услуги мы оказываем на условиях льготного прейскуранта, в котором отсутствует какая-либо коммерческая составляющая. По сути, стоимость нашей работы включает в себя только затраты на сырье и обслуживание оборудования.

Для малого и среднего бизнеса может быть проблематичным иметь свой штат инженеров-конструкторов или парк дорогостоящего оборудования, которое нужно только на стадии разработки изделий. А стоимость услуг коммерческих организаций, несмотря на рост рынка аддитивных технологий, может быть очень высокой для начинающего бизнеса – мы стараемся поднять уровень доступности 3D-печати.

Максим Дериков с новым фотополимерным 3D‑принтером ProtoFab SLA450 DLC

– Какие аддитивные технологии и оборудование Вы используете?

МД. У нас достаточно большой парк 3D‑принтеров – десять машин на базе технологий FDM, SLS и SLA. Каждая из них имеет свои достоинства. Мы стараемся комбинировать разные технологии, чтобы получить результат, соответствующий требованиям каждой конкретной задачи.

FDM‑печать – это самый недорогой метод аддитивного производства, в плане стоимости как оборудования, так и сырья. Ее мы используем в основном в таких задачах:

• производство черновых прототипов изделий, по которым можно оценить эргономику и внешний вид разрабатываемого устройства, смоделировать процесс сборки/разборки, а также оценить объемы внутреннего пространства под монтаж электроники или каких-либо других узлов устройства, если речь идет о корпусных деталях;
• печать функциональных деталей и производственной оснастки. Технология FDM предлагает очень широкий выбор используемого сырья с различающимися свойствами. ABS, TPU, полиамиды, материалы на основе каучука, имитирующие резину, воск. Для FDM‑принтеров промышленного уровня доступны такие суперконструкционные пластики, как PEEK, ULTEM и PSU. Также широко распространены композиционные материалы, сочетающие в себе достоинства нескольких видов пластика. В данном случае FDM‑технология позволяет быстро и недорого произвести единичное изделие или небольшую партию, когда фрезеровка единичного образца или производство пресс-формы для всего-навсего 50‑300 отливок будет стоить нерационально дорого.

В арсенале Центра прототипирования также есть 3D‑сканер Creaform HandySCAN 307 и специализированное ПО для реверс‑инжиниринга Geomagic Design X. Такие решения – неотъемлемая часть парка оборудования любого провайдера 3D‑услуг

Примерно для тех же целей мы используем и SLS – метод послойного лазерного спекания порошкового материала. Обычно это достаточно прочные PA‑12 и PA‑11. Главное удобство SLS‑принтеров – отсутствие необходимости использовать поддерживающие структуры при печати и возможность полного заполнения объема рабочей камеры для создания серии изделий за одну рабочую сессию.

– Давайте подробнее коснемся SLA‑технологии. Что печатают из фотополимеров?

В. Шлепкин. Лазерная стереолитография – отличное решение для быстрого создания точных и прочных изделий сложной формы, а именно:

1. литейных мастер‑моделей и оснастки;
2. рабочих прототипов для демонстрации, тестирования и проверки на эргономичность деталей в процессе разработки;
3. функциональных изделий, уже готовых к использованию.

Корпусные элементы. Весь процесс печати на ProtoFab занял 3,5 часа

– Как фотополимерная 3D‑печать применяется в Центре прототипирования?

МД. До недавнего времени у нас был всего один фотополимерный принтер, настольный. Изначально мы рассчитывали печатать на нем точные мастер-модели для последующего создания силиконовых форм под литье двухкомпонентных полиуретанов в вакуумной установке, которая у нас также имеется.

Мы получали точные в плане повторения геометрии и размеров отпечатки. Но при этом у принтера очень небольшая рабочая зона, он оснащен довольно простым УФ‑лазером, и фотополимерная смола обрабатывается лазером не напрямую, а через прозрачное дно ванночки, которая к тому же является расходником, а его нужно менять через каждые два литра обработанной смолы.

ВШ. Добавлю, что у этого принтера была дополнительная загвоздка с программным обеспечением. Устройство работает на собственном ПО производителя, то есть использовать сторонний софт нельзя. К тому же машина довольно примитивная: пользователю менять какие-либо настройки проблематично или невозможно.

МД. Видя прекрасное качество отпечатков из фотополимерной смолы и осознавая актуальные потребности предпринимателей, мы хотели значительно расширить свои возможности 3D‑печати методом SLA.

Модели напечатаны за 11 часов. Отдельно радует возможность автоматического размещения моделей на платформе SLA‑принтера таким образом, чтобы до минимума сократить необходимый объем поддержки

Проанализировав имеющееся на рынке оборудование, условия их поставки и нюансы, связанные с будущим сервисным и гарантийным обслуживанием, мы остановили свой выбор на китайском SLA‑принтере ProtoFab SLA450 DLC, который для нас поставлялся с пакетом программного обеспечения Materialise Magics. 

Приобретенный в 2021 году промышленный SLA‑принтер, лишенный недостатков простых настольных устройств, позволил центру оказывать льготные услуги субъектам малого и среднего предпринимательства Краснодарского края.

После окончания работ над дизайном и эргономикой изделий, где мы успешно применяем FDM‑принтеры, появляется потребность в создании «чистовых» прототипов, где требуются высокая размерная точность и гладкая поверхность без шероховатых слоев. Здесь мы и используем ProtoFab.

– Ваши первые впечатления о стереолитографической установке ProtoFab?

МД. Для нас первое неоспоримое преимущество ProtoFab SLA450 DLC – его скорость. Принтер печатает очень быстро по сравнению с FDM‑принтерами или простыми настольными SLA‑решениями. Мы провели сравнение и выявили, что корпусные элементы, которые на FDM‑машине печатаются 4‑5 суток, на ProtoFab могут быть выращены всего за 14 часов, причем за эти часы можно отпечатать сразу несколько таких объектов. И это отпечатки прекрасного качества.

Элементы системы слива воды в бассейне. Детали были оптимизированы взамен изношенных и снятых с производства: к резьбе добавлены небольшие отверстия, чтобы избежать застоя воды

Еще хочу отметить высокую надежность ProtoFab, повторяемость результатов и отсутствие какого-либо ручного труда при работе с принтером. Для запуска печати нужно только снять предыдущую напечатанную модель с рабочей поверхности и нажать пару кнопок для начала следующей сессии. Никакой возни с мытьем рабочей поверхности и обслуживанием ванночки для полимера здесь уже нет.

– Владислав, по Вашему опыту, в чем плюсы (а возможно, и минусы) 3D‑принтера этой линейки?

ВШ: ProtoFab – промышленные 3D‑принтеры, но при этом с открытой системой. То есть мы можем абсолютно любой параметр печати и любую техническую часть устройства, вплоть до электроники, самостоятельно изменять, настраивать под себя. Это обеспечивается за счет использования во всех принтерах ProtoFab операционной системы Linux, и это большая редкость для промышленного 3D‑оборудования.

Аддитивные установки многих производителей имеют закрытый код и работают исключительно на собственных материалах – это сильно ограничивает пользователю свободу действий. Поэтому расходные материалы этих компаний дороги, а принтеры тяжело обслуживать. У ProtoFab в этом плане все проще: доступные материалы, все легко программируется под себя, можно настроить любой параметр, любой шаговый двигатель, мощность лазера, откалибровать сам лазер, поменять лазерную систему. Можно просто всю машину заново перебрать.

Технический эксперт iQB Technologies Владислав Шлепкин проводит пусконаладочные работы

С другой стороны, Linux и открытый код могут представлять некоторые сложности, если ты не профессионал. Клиентам самостоятельно выполнять калибровку и пусконаладку такого принтера, конечно, не рекомендуется, это должен делать специалист. Но если вы приобретаете оборудование у нас, ПНР включены в стоимость.

– Значит, ProtoFab спокойно работает с любыми материалами?

ВШ. Да, но нужно использовать смолу, которая активируется при работе лазера, установленного в данной системе, он имеет длину волны 355 нанометров. Не все доступные на рынке полимеры активируются на такой длине волны. Это часть уже невидимого ультрафиолетового спектра, и глубина отверждения полимера будет минимальной. Но, как уже было сказано, лазер можно поменять на более мощный, который засвечивает более реактивные материалы.

– Максим, как происходит подготовка моделей к печати на новом 3D‑принтере?

МД. Программное обеспечение Materialise Magics, которое мы получили вместе с принтером, оказалось настоящей находкой для подготовки 3D‑моделей к печати. Тут есть функции для «лечения» сетки модели, разрезания крупных моделей на части с автоматическим формированием пазов различных вариаций для стыковки разделенных частей. Есть инструменты для создания полостей в объемных моделях, благодаря которым можно сэкономить расход полимерной смолы. Функций на самом деле очень много, их можно долго описывать.

Модель в ПО Magics

Самое передовое, на мой взгляд, – это широчайшие возможности в плане настройки поддержек. Все поддерживающие структуры представляют собой множество отдельных элементов, каждый из которых можно настроить индивидуально, и даже спроектировать их вручную. Все это позволяет сформировать предельно экономную поддержку, подходящую абсолютно для любого изделия.

Игры с перфорацией модели

Также не секрет, что фотополимерная смола стоит значительно дороже в сравнении с прутком для FDM‑принтеров. Благодаря Magics мы нашли интересный способ экономии материала – это настройки перфорации на модели объекта. Грубо говоря, мы имеем корпусные детали и хотим проверить стыковку пазов и монтажных отверстий. Для этого нам не обязательно иметь корпус в его «чистом» виде. Мы создаем перфорацию корпуса, оставляя нетронутыми только действительно необходимые элементы изделия. Таким образом мы можем потратить в 2‑3 раза меньше полимера и снизить стоимость прототипа для нашего заказчика.

Корпусной элемент для бензоинструмента

На фото справа видна маркировка распечатки. Ее можно очень легко сделать в Magics. Это помогает идентифицировать прототип, потому что для одной детали за весь процесс разработки может быть произведено более 10 прототипов

– В чем преимущества лазерной стереолитографии перед другими аддитивными технологиями?

ВШ. Прежде всего, SLA‑печать всегда будет точнее метода FDM. Раньше преимущество FDM‑технологии было в широком спектре материалов: от резиноподобных пластиков до полиамида, с содержанием композитов и так далее. Но сейчас уже фотополимеры научились делать с очень высокими свойствами.

На рынке представлен большой выбор фотополимеров, поэтому легко подобрать материал для конкретного применения. По сравнению с FDM, постобработки требуется меньше, а скорость печати гораздо выше, так как можно вырастить множество изделий за раз.

Справа – 3D‑принтер ProtoFab SLA450 DLC, слева – УФ‑печь для дополнительного отверждения напечатанных моделей

По скорости печати SLA можно сравнить с SLS, когда все камеры заполняются и детали выращиваются во всем объеме камеры за одну сессию. Правда, в SLS‑печати не нужно строить поддержки – их роль выполняет сам порошок, в котором деталь находится.

Соответственно, чем больше производительность машины и чем меньше постобработки, тем быстрее мы можем использовать деталь в дальнейшем техпроцессе. Например, если это мастер-модель, достаточно удалить поддержки, обработать поверхности и отправить ее на заливку силиконовой формы.

И последнее, что хотел сказать о таких промышленных SLA‑принтерах, как ProtoFab: с их помощью можно создавать изделия различных габаритов – вплоть до 2,5 метров, – и они исключительно просто настраиваются под ваши задачи.

Больше интересных кейсов по теме 3D-технологий — в блоге 3D-экспертов iQB Technologies.