ПРИМЕНЕНИЕ 3D-ПЕЧАТНЫХ ФОРМ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ В АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ПРИМЕНЕНИЕ 3D-ПЕЧАТНЫХ ФОРМ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

В АТОМНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кулей К.Ф. (АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», Обнинск, Россия)

После оформления всех разрешающих документов на публикование данных материалов и участия в качестве докладчика в молодежной научной конференции 'Инновации в атомной энергетике' (АО 'НИКИЭТ' г. Москва), спешу поделиться своими наработками с вами дорогие друзья, ведь много полезной информации, применяемой мной на данный момент в 3d-печати я подчеркнул именно из ваших работ. Надеюсь отзывов будет несколько побольше чем в предыдущем моем посте.

Надеюсь вам будет интересно.

1. Предисловие

В настоящее время всё большее внимание научных и производственных организаций Росатома привлекает аддитивные технологии изготовления форм. При этом научный дивизион Росатома АО «Наука и инновации» является ведущим в отрасли по развитию этого уникального направления. Начиная с 2014 года, на базе лаборатории 104 Института специальных систем, было реализовано более 14 проектов по изготовлению элементов конструкций измерительных приборов и датчиков, действующих габаритно-массовых макетов исполнительных механизмов, корпусов электрических элементов и разъемов, элементов маркировки продукции, инструментов для проведения испытаний, корпусов для микроисточников, применяемых в медицине.

2. Цикл изготовления форм по аддитивной технологии и применяемое оборудование

Цикл изготовления форм состоит из 3 этапов:

− 1 этап – моделирование формы c заданными характеристиками в системе автоматизированного проектирования (Компас-3D, SolidWorks, Invertor);

− 2 этап – преобразование модели формы в код, в соответствии с которым будет работать 3D-принтер (Kisslicer, Simplify3D, Repetier-Host);

− 3 этап – изготовление формы посредством 3D-принтера (Picaso Designer Pro 250, Felix printers 3.0).

3. Применение аддитивной технологии для изготовления форм

2.1. Установка поверочная многофункциональная МПУ-1

Первым прибором, с которого началось внедрение и применение элементов конструкций, изготовленных с помощью аддитивной технологии, является установка поверочная многофункциональная МПУ-1. В рамках реализации этого проекта была поставлена задача по разработке и изготовлению следующих элементов:

− основание для крепления преобразователя напряжения и модуля процессора;

− элемент конструкции для крепления цифрового индикатора;

− крепление преобразователя RS-232 – Ethеrnet;

− декоративная рамка для цифрового индикатора на лицевую панель прибора;

− декоративный элемент для ручек переключателей.

В целях выполнения данного проекта прибор был смоделирован во всех деталях в программной среде SolidWorks.

МПУ-1 (модель)

МПУ-1 (фотография)

Материал – ABS (Акрилонитрилбутадиенст).

В результате проведенных работ были достигнуты следующие показатели:

− металлические материалы, применяемые для изготовления основания преобразователя напряжения и модуля процессора, а так же крепления преобразователя RS-232 – Ethernet, заменены на пластиковые с сохранением требуемой прочности изделия;

− крепление цифрового индикатора с лицевой панели перенесено внутрь прибора;

− декоративными элементами скрыты места механической обработки изделий и элементы крепления.

Применение 3D-печатных элементов в производстве МПУ-1 повысило технологичность и техническую эстетику прибора, человеческий труд был автоматизирован, а сроки изготовления элементов сокращены.

2.2. Испытательный шарнирный палец и испытательная сфера по ГОСТ 14254-96 (испытания на IP )

Один из пунктов предварительных испытаний МПУ-1 содержал методику проверки защиты, обеспечиваемой корпусом прибора, от доступа к опасным частям прибора пальцем и от проникновения внешних твердых предметов (Ø ≥ 12,5 мм). Покупка испытательного оборудования или заказ соответствующей услуги у сторонней организации требует значительное количество средств и времени. В связи с чем, было принято решение изготовить испытательное оборудование с помощью аддитивной технологии.

Изготовленные испытательный шарнирный палец и испытательная сфера прошли метрологическую экспертизу в отделе метрологии с оформлением соответствующих протоколов.

Материал – PLA (Полилактид), FLEX (твердая резина).

Точность формы изготовленных образцов испытательного оборудования составила ±0.05 мм.

Испытания по проверке защиты, обеспечиваемой корпусом прибора МПУ-1, с применением изготовленного испытательного оборудования, проведены успешно.

2.3. Корпус вращающегося трансформатора

Конструкция корпуса вращающегося трансформатора была изготовлена в целях отработки реакции системы автоматического управления специзделием на данные датчика положения. Применение аддитивной технологии позволило в короткие сроки (6 часов) изготовить корпус вращающегося трансформатора в удобном для использования виде. Два часа было затрачено на разработку модели корпуса и подготовку кода для

3D-принтера и 4 часа на автоматизированную печать.

Материал – PLA (Полилактид).

2.4. Втулки для гелиевого счетчика СНМ-18

При изготовлении детектора нейтронов на основе гелиевого счетчика СНМ-18 для позиционирования и крепления счетчика изначально применялись втулки, выполненные из фторопласта. В связи с тем, что фторопласт достаточно мягкий материал, изготовление из него деталей сложных форм вызывало определенные сложности. В целях повышения технологичности, снижения себестоимости и сокращения времени изготовления детектора нейтронов, были разработаны и изготовлены пластиковые втулки, обеспечивающие позиционирование и закрепление счетчика СНМ-18 внутри прочного корпуса.

Материал – ABS (Акрилонитрилбутадиенст).

2.5. Действующий габаритно-массовый макет исполнительного механизма №1

В рамках применения аддитивной технологии была поставлена задача изготовить действующий габаритно-массовый макет исполнительного механизма системы автоматического управления специзделием, а так же разработать и изготовить пульт управления макетом.

Особенность данного проекта заключалась в большом количестве сопрягаемых элементов конструкции. Привод исполнительного механизма включает в свой состав 11 шестеренок различной конструкции, в том числе червячная и винтовая пара.

Пульт управления разрабатывался с учетом выполнения следующих функций:

− запуск и индикация перемещения исполнительного вала привода в состояние «рабочее»;

− запуск и индикация перемещения исполнительного вала привода в состояние «исходное»;

− индикация срабатывания концевых выключателей.

Для изготовления привода с требуемыми характеристиками помимо двигателя было принято решение использовать концевые выключатели, металлические подшипники качения, винты.

Логика управления и индикация работы привода реализована на одном электромеханическом реле, трёх светодиодах и двух концевых выключателях из состава привода.

Привод (модель) Винтовая резьба на выходном валу на данном рисунке не прорисована.

Привод с пультом управления (фотография)

При изготовлении макета была выявлена ошибка в проектировании одной шестерни.

2.6. Макет исполнительного механизма №2

По результатам удачного окончания проекта по разработке макета исполнительного механизма №1 была поставлена задача по изготовлению второго действующего габаритно-массового макета привода исполнительного механизма.

Макет исполнительного механизма №2 на стадии изготовления.

Материал – PLA (Полилактид).

При изготовлении макета исполнительного механизма №2 применены металлические подшипники качения, винты.

2.7. Импортозамещение

В лаборатории 104 проводятся работы по разработке и изготовлению измерительной аппаратуры контроля и управления технологическими процессами. В результате сложившихся обстоятельств, для изготовления опытного образца измерительного прибора срочно понадобились крепления настроечных резисторов иностранного производства. Было принято решение разработать и изготовить аналог крепления резисторов по аддитивной технологии.

При изготовлении аналога иностранного крепления резистора был выявлен его главный недостаток, который заключался в отсутствии крепления присоединенных к резистору электрических проводников, вследствие чего конструкция имела слабую устойчивость и прочность к внешним механическим воздействиям. По инициативе разработчиков электронного оборудования корпус резистора был модернизирован и данный недостаток устранен.

Изготовленный экземпляр №2 состоит из 2 компонентов: корпус и крышка. Соединение компонентов обеспечивает жесткость конструкции в собранном виде и легкость в эксплуатации при снятии и установки крышки.

Материал – PLA (Полилактид).

Оценочная себестоимость изготовленного корпуса резистора №2, включающая в себя стоимость человеческих ресурсов – 10 мин., стоимость времени работы 3D-принтера с учетом его амортизации и расходные материалы, составляет 30 руб./шт. Стоимость покупного изделия составляет 258 руб./шт. (с НДС 18 %).

2.8. Корпусные изделия для разъёмных соединителей

По заявке коллег из смежной лаборатории были проведены работы по изготовлению корпусных элементов разъемных соединителей.

Изготовленные корпусные изделия в совокупности с применяемой коллегами технологией позволяют сделать негерметичные разъёмы герметичными.

2.9. Ложемент для микроисточников.

По заказу смежного подразделения АО «ГНЦ РФ-ФЭИ» были изготовлены несколько вариантов ложементов для микроисточников, применяемых в медицине. Ложемент применяется для удобной нарезки стрендов с микроисточниками при проведении операций брахитерапии в клиниках.

Материал – ASA (Сополимер акрилового эфира, стирола и акрилонитрила).

На текущий момент изготовленные ложементы были опробованы на производстве микроисточников и представлены в медицинские учреждения г. Москвы и Московской области, где получили одобрение.

2.10. Элементы маркировки продукции.

На рисунке 13 представлено 3 варианта изготовления шильдиков на кабельную продукцию. На текущий момент применяется первый вариант (крайний слева) изготовленный из листа жести с нанесением обозначения кабеля лазерным гравером и закрепленным на кабеле медной проволокой. Такая конструкция шильдика имеет ряд следующих недостатков:

− острые края шильдика, что может привести к повреждению герметичной упаковки;

− шильдик и его крепление со временем приобретает непрезентабельный вид, так как во время эксплуатации теряет свою первоначальную форму.

В целях устранения данных недостатков была проведена разработка корпуса шильдика и его крепления к кабелю. Недостатком разработанной конструкции является ее относительно сложное изготовление. В связи с чем, конструкция шильдика была оптимизирована путем изменения применяемых материалов и конструкции. Конечный результат представлен на рисунке (крайний справа). К преимуществам данного шильдика можно отнести: легкость изготовления и более эргономичный вид обозначения.

Материал – ABS (Акрилонитрилбутадиенст). Надписи - лазерная гравировка.

2.11. Корпус для цифрового дисплея.

В целях повешения эргономики и технической эстетики оборудования, применяемого для программирования модулей процессора, был разработан и изготовлен пластиковый корпус цифрового дисплея взамен картонного, вырезанного из упаковки.

Материал – PLA (Полилактид).

Изготовленный корпус цифрового дисплея повысил эргономику и техническую эстетику оборудования. Данный корпус позволяет выполнять удобное электрическое соединение оборудования за счет промежуточных разъёмных соединителей, удобную эксплуатацию за счёт регулировки наклона экрана и хранение дисплея за счет скрытия подставки внутри корпуса.

2.12. Подставка для печатных плат.

В целях повышения качества производства электронных устройств была проведена разработка и изготовление подставки для печатных плат. Подставка представляет собой конструкцию в виде модуля, позволяющую, путем объединения подставок, увеличивать полезную площадь конструкции.

Материал – PLA (Полилактид).

2.13. Оптимизация рабочего места.

По ходу своей деятельности мне часто приходиться фиксировать важную, на данный момент, информацию на листках для заметок. В результате чего, на рабочем месте образуется свалка заметок не поддающаяся быстрому анализу, а поиск зафиксированных данных вызывает затруднение. Для устранения данного явления был разработан и изготовлен органайзер, обеспечивающий распределение заметок в соответствии с их назначением.

Материал – ABS (Акрилонитрилбутадиенст). Надписи – лазерная гравировка.

Фиксация заметок осуществляется за счет неодимовых магнитов, входящих в состав органайзера.

Применение органайзера в значительной мере освободило рабочее пространство и повысило эффективность поиска информации. Преимущество применения данного органайзера дополнительно проявляется в его масштабируемости и удобстве использования. Для закрепления дополнительной заметки на соответствующее место достаточно действий одной руки. Данная работа рассматривается мной как возможный проект в рамках ПСР.

2.14. Модульная система хранения инструмента.

В целях наведения порядка и размещения инструмента оптимальным способом по полезной площади, была разработана и изготовлена модульная система хранения инструмента.

Удобство применения данной системы обусловлено ее гибкостью в части изменения конфигурации, лёгкостью закрепления и снятия инструмента благодаря использованию пружинящих защёлок.

Материал – PLA (Полилактид).

Представленная модульная система хранения получила положительные отзывы от коллег и в перспективе займет соответствующее место в сборочном цеху.

Данная работа рассматривается мной как возможный проект в рамках ПСР.

3. Выводы

Представленный в презентации широкий спектр работ, выполненных лабораторией 104 ИСС АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», доказывает необходимость использования аддитивной технологии на производстве и, тем более, в научно-исследовательских организациях. Применение аддитивной технологии дает возможность снизить время изготовления и себестоимость оборудования, повысить качество процессов производства и технологичность конечного продукта. Эта та технология, которая позволяет сделать новый шаг в научно-техническом прогрессе путем устранения сложных технологических цепочек.