5d принтер что это
Обновлено: 14.05.2024
Этого не удалось даже большим умам из Siemens и Mitsubishi.
Выпускник кафедры автоматизации производственных процессов ВолгГТУ Артем Авдеев первым в мире изобрел технологию пятиосевой 3D-печати, или проще говоря 5D-принтер. В прошлом году свою разработку Артем представил научному сообществу, а накануне на уникальный принтер посмотрели и журналисты «Городских вестей». О том, как создавалась чудо-машина и зачем волгоградский принтер понадобился китайцам, — в нашем материале.
«Продаём даже за рубеж»
На вид 5D-принтер что-то типа микроволновки: белый, квадратный, прозрачный и с дверцей. Только предназначен этот аппарат совершенно для другой «кухни». На нем запросто можно изготовить запчасти для импортной и отечественной техники, причем их стоимость обычно получается ниже, чем у покупных.
На одном столе с тридцатикилограммовым 5D-принтером расположились его предшественники – 3D-принтеры различных модификаций.
— Все они спроектированы и изготовлены студентами, выпускниками и аспирантами нашего вуза, — рассказывает руководитель Центра прототипирования ВолгГТУ кандидат технических наук Алексей Макаров. — Например этот (Алексей Михайлович показывает на аппарат с затемненным фронтальным стеклом) появился на свет в прошлом году. Его автор — студент 4-го курса Михаил Козенко. Парень еще на первом курсе начал увлекаться этим направлением работы, собрав команду сокурсников-единомышленников. Сейчас их модификация 3D-принтера запущена в серийное производство и продается даже за рубежом. В нем деталь получается более прочной, так как нагревается не только стол, на котором она стоит во время печати, но и вся камера.
Мы поинтересовались у ученого, чем объясняется «пробел» между 3D- и 5D-принтерами. Проще говоря, почему в природе нет принтера 4D?
— Построение изделия на 3D-принтере осуществляется путем плавления пластиковой нити из катушки и выдавливания расплава через сопло, которое при этом двигается по заранее рассчитанной траектории в горизонтальной плоскости, — объясняет Алексей Макаров. — Когда заканчивается построение слоя в горизонтальной плоскости, изделие опускается немного вниз и следующий слой строится поверх предыдущего. На самом деле 4D-принтеры существуют, они добавляют определенные возможности 3D-принтерам, но имеют большое количество ограничений и не дают принципиального скачка в качестве производимых изделий.
В 5D-принтере печатающая головка может перемещаться в двух направлениях, как это было и в 3D-принтере, но вместо стола в камере имеется небольшое цилиндрическое основание, которое также может перемещаться по вертикали. Кроме этого оно может вращаться и наклоняться. Таким образом удается строить деталь не из плоских слоев, как в обычном 3D-принтере, а из сложных пространственных траекторий. Они переплетаются, спекаются, и деталь получается прочнее в несколько раз, чем на обычном 3D принтере, и может получиться даже прочнее литой. Дополнительным «бонусом» является то, что на печать расходуется меньше сырья и времени.
Дешево и сердито
Ресурс цифрового принтера очень большой — аппарат может печатать без перерыва неделями, а то и месяцами.
— Деталь, изготовленная на нашем принтере, по себестоимости в десятки раз ниже иностранных серийных аналогов, — говорит Макаров. — А востребована такая продукция во многих областях, начиная от производства резиновых уплотнителей и пластиковых компонентов для любой промышленной и бытовой техники и заканчивая медициной, авиа- и ракетостроительной сферами.
Волгоградская разработка 5D-принтера – единственная в мире. Два года назад предпромышленные образцы волгоградских принтеров побывали на выставке в Германии, где произвели фурор. Китайцы прямо в выставочном зале готовы были разобрать их на детали, а затем изготовить точную копию под собственным брендом. Над проблемой многоосевой 3D-печати бьются такие гиганты мировой индустрии как Siemens, Mitsubishi и другие, но прорыв в технологии удалось совершить именно нашим политехникам, существенно опередившим западных конкурентов. Компания Siemens активно разрабатывает программное обеспечение для многоосевой печати, но в их решениях нет универсальности, простоты, прозрачности. У них для подготовки модели к печати нужен высококлассный специалист и много времени для лишь частично автоматизированной подготовки производства. А для волгоградского 5D-принтера модель к печати может подготовить даже школьник за несколько минут.
Волгоградцы, создавшие 5D-принтер, организовали собственную компанию, которая на сегодняшний день является резидентом Сколково. Предприятие активно взаимодействует с техуниверситетом, и волгоградские студенты проходят там практику и даже ведут разработки, направленные на дальнейшее повышение качества печати, которые потом внедряются в серийные модели принтеров.
Сегодня инженеры ставят перед собой новую цель. Как пояснил Алексей Макаров, речь идет не о том, чтобы увеличивать количество осей в печатающем устройстве, хотя это тоже реально.
— Мы работаем над тем, чтобы армировать полимерные изделия непрерывным углеволокном. Такие изделия, имея плотность около 1,1 грамм на кубический сантиметр (чуть тяжелее воды и в 3 раза легче алюминия), будут прочнее самого алюминия и некоторых алюминиевых сплавов при весьма умеренной стоимости! Это открывает еще более широкие возможности, — говорит ученый.
Пятиосевая адаптивная печать (5D принтер) был разработан Mitsubishi Electric Research Laboratories. Специалистам удалось создать инновационный метод изготовления деталей. Технология схожа с уже привычной 3D печатью, однако, изделия производятся в несколько раз прочнее.
5D принтер уже существует
Технология инновационной 3D печати открыло перед миром большие перспективы. С помощью такого девайса можно напечатать любые практически любые предметы. Благодаря этому, определенные процессы производство удастся значительно ускорить и упростить.
Специалисты MERL являются известными открывателями. Они не упускают возможности ухватиться за новое направление и развить его. Инновационная технология 5D печати позволит расширить сферу применения печатных станков.
Пятиосевая адаптивная технология позволяет производить материал в 5 прочнее, чем на обычном 3D принтере. Это является основным показателем в машиностроении и прочих направлениях. Mitsubishi Group уверены, что разработка выведет печатную индустрию на новый уровень развития.
С помощью 5D принтера можно печатать не только детали для автомобилей, но и ракет. Это значительно снизит стоимость производства. Технология позволяет создавать объекты с абсолютно новой внутренней структурой.
Инновационный метод 3D печати окрестили как «пятиосевое аддитивное производство». В простонародье его попросту называют 5D принтером. Работает он за счет платформы, способной раскачиваться по двум осям. Это позволило увеличить количество осей до 5. Теперь материал наносится не плоско, что позволяет создавать объекты со сложной внутренней конструкцией.
Эксперимент
Уильям Йеразунис, отвечающий за инновационную технологию провел наглядный эксперимент возможностей платформы. На обычном 3D принтере была напечатана герметизирующая крышка. Из-за слоистой плоской структуры, она получилась весьма хрупкая.
Следующей в ход вступила пятиосевая адаптивная печать 5D. Важно понимать, что материал использовался одинаковый, разница лишь в методе создания. Готовая крышка получилась куда прочнее предшественника. Это объясняется тем, что слои наносились извилисто, а следовательно их связь стала крепче.
Несомненным плюсом является то, что на производство было затрачено на 25% меньше исходного материала. Давление, которое выдержала 5D крышка достигло 3,7 МПА, что в 10 раз больше чем у конкурента.
Потенциал 5D принтера сложно переоценить. В Mitsubishi Electric Research Laboratories уверены, что технология будет использоваться в производстве крупной техники.
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Волгоградская компания Stereotech продемонстрировала на международном авиакосмическом салоне «МАКС-2019» две настольные FDM-системы — 3D-принтер STE 320 и пятикоординатный принтер STE 520 по инновационной технологии 5Dtech.
Как утверждают разработчики, технология 5Dtech позволяет печатать изделия любой формы с увеличенной в разы прочностью деталей. За несколько дней авиасалона Stereotech договорилась о сотрудничестве с более чем пятьюдесятью российскими и зарубежными компаниями и получила десятки заказов на новые принтеры.
Технология 5Dtech демонстрировалась ведущим авиастроительным и оборонным предприятиям страны, в том числе структурам Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК) и концерна «Алмаз-Антей». Разработку высоко оценил генеральный директор ПАО «Авиационный комплекс имени С. В. Ильюшина» Юрий Грудинин.
Системы STE 320 и STE 520 отличаются областью построения и использованием трех- или пятикоординатной системы позиционирования. STE 320 в стандартной комплектации оснащается соплом диаметра 0,4 мм и печатает слоями толщиной от 20 до 200 микрон. Размер области построения достигает 200х210х200 мм.
STE 520 оснащается системой позиционирования с двумя дополнительными осями, благодаря чему нити материала можно укладывать внахлест, тем самым повышая прочность изделий на разрыв, но ценой снижения полезного объема до 150х150х150 мм. В качестве слайсера используется фирменное программное обеспечение STE Slicer, дополненное мобильным приложением STE App.
Системы управляются 32-битными микроконтроллерами с четырехъядерными сопроцессорами с тактовой частотой 1ГГц. Объем внутренней памяти составляет 8Гб. Печать осуществляется на подогреваемой до 120ºС платформе со стеклянным столиком, а прогреваемый до 320ºС двойной директ-экструдер позволяет работать с филаментами на основе ПЛА, АБС, СБС, поликарбоната, нейлона, термопластичного полиуретана. Основным поставщиком расходных материалов выступает московская компания Filamentarno.
В феврале 2019 года ООО «Стереотек» вошло в число победителей конкурса стартапов S7 Startup Challenge, организованного группой компаний S7 и фондом «Сколково», получив возможность стать резидентом технопарка «Сколково». Дополнительная информация о предложениях Stereotech доступна на официальном сайте предприятия по этой ссылке.
Технологии 3D-печати давно широко используются в промышленности. А это в свою очередь требует разработки новых устройств, чтобы изделия отвечали требованиям самых разных заказчиков. Повышаются и требования к самим деталям: они должны быть прочными, надежными, сложной формы, а сам процесс изготовления — максимально быстрым. Артем Авдеев, основатель и директор волгоградской компании «Стереотек», разрабатывающей многоосевые 5D-принтеры, рассказал об истории основания компании и особенностях их продукции.
Алексей Дроботов работал доцентом Волгоградского государственного технического университета кафедры автоматизации производственных процессов (АПП). В 2012 году он стал научным руководителем Артема Авдеева и Андрея Швеца по выпускной работе бакалавра. Общие интересы студентов и их преподавателя вышли за рамки науки. Совместная работа над технологиями 3D продолжилась после защиты диплома.
В 2016 году научные разработки, которыми занимались молодые ученые, привели к созданию собственного бизнеса — компании по производству многоосевых 3D-принтеров. В 2019 году компания стала резидентом «Сколково».
«Изначально проект развивался только в рамках научной деятельности и только энтузиазмом основателей», — вспоминает Артем.
Однако уже в 2013 году команде удалось получить первые средства на проект по программе «Умник» Фонда содействия инновациям (ФСИ). Вскоре появились первые результаты, которые дали понять, что разрабатываемая идея обладает большим потенциалом коммерциализации. Впоследствии команда выиграла грант по «СТАРТ 1» ФСИ и основала компанию. На дальнейшее развитие были привлечены средства и по программе «СТАРТ 2» вместе с первыми средствами от инвестора. Всего на разработку потребовалось больше 9 млн рублей. Средства пошли на НИОКР и заработные платы сотрудников компании.
На первом этапе проекта компания реализовала настольное решение технологии; окупаемость проекта заняла 3 года. Планируется, что в 2020 году основатели полностью возвратят вложенные средства. Окупаемость производственного и промышленного решений, по предварительным расчетам, займет два года и год соответственно, поскольку каждый новый этап основан на предыдущем и дополняет его.
От медицины до авиации
Сейчас компания по-прежнему находится в Волгограде. Она работает по трем направлениям: производство базовых моделей 5D-принтеров собственной марки, печать изделий на заказ, внедрение отраслевых решений с инновационной технологией 5Dtech. Последняя позволяет печатать изделия любой формы, при этом прочность деталей в 4 раза больше, чем при печати по традиционным технологиям. Полученный результат компания усиливает за счет печати непрерывным волокном — в таком виде изделия будут прочнее алюминиевых, при этом имея в 2 раза меньший вес. В «Стереотек» производят как настольные, так и промышленные принтеры.
«5D-принтер радикально отличается от классического 3D-принтера. В процессе печати задействованы пять координат движения вместо трех. Решение компании уникально по совокупности преимуществ — мы предлагаем производственный инструмент, который позволяет получать композитные изделия с прочной трехмерной структурой, не нуждающиеся в постообработке и удалении поддержек. При этом созданное программное обеспечение подготавливает модели к многоосевой печати автоматически, чего нет даже в решениях крупных компаний, например Siemens NX», — говорит Артем.
Прочные детали, изготовленные методом многоосевой печати, востребованы в медицинской, авиастроительной и автомобилестроительной отраслях. В настоящий момент компания разрабатывает отраслевые решения по изготовлению индивидуальных и прочных культевых гильз для протезов нижних конечностей, созданию композитных изделий для авиа- и автостроения.
Кроме этого, изготовление деталей, в том числе штучно или малыми партиями, очень востребовано в бизнесе. Особенно часто с такими заказами обращаются компании, когда требуется быстро заменить вышедшую из строя деталь оборудования. Это дает возможность быстро получить нужные комплектующие для ремонта, благодаря чему сокращается время простоя. Услуга востребована в самых разных сферах — от ресторанного и гостиничного бизнеса до медицинских организаций и фитнес-клубов.
Сейчас в компании работает 8 человек. Основная часть сотрудников трудится в офисе. Команда включает представителей науки и бизнеса, каждый занимается своей частью работы. «Стереотек» полностью обеспечивает всю разработку: программное обеспечение принтеров, уникальный софт для подготовки моделей и проектирование конструкций и электронных плат. Сборка принтеров ведется с привлечением специалистов. На текущий момент команда реализовала пилотную партию принтеров и готова к развертыванию полномасштабного производства.
Много внимания в «Стереотек» уделяют продвижению. Компания активно участвует в выставках и конкурсах, в том числе международных. Так, в 2019 году компания представила свою продукцию на международной выставке в Франкфурте-на-Майне, Германия. Также у «Стереотек» есть партнерское соглашение с бельгийской компанией Capvidia о представительстве в Европе.
На российских выставках продукция компании неоднократно попадала в число призеров. В феврале 2019 года проект многоосевой 5D-печати победил в конкурсе S7 Startup Challenge, организованном совместно с Фондом «Сколково». В октябре 2019 года компания победила в номинации «Инновационный проект года» на выставке 3D Print Expo. В 2020 году проект многоосевой технологии аддитивной 5D-печати одержал победу на конкурсе стартапов в треке «Индустриальные технологии», проходившем в Иннополисе. Благодаря этому «Стереотек» получили приглашение на масштабную конференцию Startup Village, которую проводит Фонд «Сколково».
С потенциальными клиентами часто контактируют напрямую. Так, во время выставки в Германии уже в первый день удалось собрать более 40 контактов.
«В настоящий момент потенциальных клиентов более 200 — это компании из регионов США, ЕС и РФ из различных отраслей промышленности. Основной интерес — со стороны авиации», — рассказывает Артем.
В планах на 2020 год получить решение для многоосевой печати композитами и привлечь инвестиции для широкого внедрения технологии в авиастроение.
Читайте также: