ORNL и Boeing испытали 3D-печатную оснастку в автоклаве

Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) провела испытания полностью 3D-печатных образцов промышленной оснастки в автоклаве. Эксперимент проводился совместно с Boeing и семью другими производственными компаниями. Результаты подтвердили возможность использования 3D-печатных деталей в качестве недорогого альтернативного метода изготовления оснастки и инструментов для массового производства в машиностроении. ORNL использовала два специально разработанных высокотемпературных термопласта для 3D-печати четырех форм. Формы были помещены в автоклав, используемый Boeing для обработки авиационных деталей, изготовленных из композитных материалов. Опытные образцы были подвержены нагреванию до 175°С под давлением в шесть атмосфер, с успехом выдержав испытание. По результатам последующего лазерного сканирования деформация поверхностей не превысила 0,95мм.

«Этот эксперимент стал первой успешной демонстрацией полностью 3D-печатных компонентов в промышленном автоклаве», – подтвердил исследователь ORNL Властимил Кунц. В испытаниях опытных деталей размером 460х460х165мм важен тот момент, что на их печать ушел всего один час, хотя еще четыре были потрачены на механическую обработку. В традиционных процессах полный цикл изготовления аналогичных компонентов потребовал бы порядка трех с половиной месяцев. Опыт подтверждает возможность использования аддитивного производства в машиностроении с целью снижения производственных и энергетических затрат, а также сокращения производственных сроков. Весь процесс, начиная с разработки новых материалов и заканчивая изготовлением и тестированием опытных деталей, был быстрым и гладким. Начало проекту между ORNL и Boeing было положено в ноябре 2015 года. Шесть разновидностей материалов были успешно протестированы на крупногабаритных промышленных 3D-принтерах BAAM, разработанных совместными усилиями ORNL и компании Cincinnati Incorporated.

В марте 2016 года два материала были отобраны для быстрого прототипирования четырех опытных деталей. Помимо материалов испытывались и методы обработки: помимо общей машинной обработки два образца получили экспериментальные защитные покрытия. Как было сказано выше, общее время изготовления каждой детали составило пять часов, включая 3D-печать и пост-обработку без использования ручного труда.В апреле текущего года готовые детали прибыли на опытное предприятие Boeing в Сент-Луисе. По результатам испытаний были получены высококачественные композитные формы, пригодные для производства элементов конструкции воздушных судов. Кроме того, 3D-печатные формы подлежат многократному использованию, что позволит добиться дальнейшего снижения себестоимости производства авиационных деталей.

Помимо 3D-печатных термопластичных инструментов ORNL разрабатывает и другие аддитивные процессы и технологии. Одним из ключевых направлений, интересующих лабораторию, являются методы аддитивного производства металлических изделий с помощью систем лазерного и электронно-лучевого наплавления и порошковых или прутковых расходных материалов. В частности, промышленных партнеров лаборатории привлекают низкие уровни отходов и энергетических затрат, характерные для аддитивного производства, что позволяет значительно снижать себестоимость при работе с дорогостоящими материалами. Разработки в области полимерного аддитивного производства стали новым направлением деятельности лаборатории. Важность опытных работ обусловлена высоким интересом в возможности быстрого, гибкого и недорогого производства оснастки со стороны ряда промышленных отраслей – от автомобильной до аэрокосмической.

Параллельно с разработкой промышленных решений ORNL проводит испытания аддитивных технологий применимо к строительству и автомобилестроению с упором на экологичность и энергоэффективность, а также занимается созданием материалов из вторичного сырья, включая жесткие углеродные волокна из переработанных покрышек, предназначенные для изготовления натрий-ионных аккумуляторов.