En

Formnext-2023: от идеи к ее воплощению

Поздней осенью 2023 г. — с 7 по 10 ноября — во Франкфурте-на-Майне проходила очередная международная выставка аддитивного производства (АП) и промышленной 3D-печати Formnext, которая заслуженно приобрела статус главного в мире отраслевого мероприятия, отражающего состояние и достижения бурно развивающихся аддитивных технологий (АТ). Возможно, читателям журнала удастся что-то взять на заметку для своего бизнеса после знакомства с рядом приведенных в данном кратком обзоре разработок, представленных на этой выставке.
А. И. Козловский, независимый эксперт
Опубликовано в рубрике «Аддитивные технологии»
420 просмотров
Formnext-2023: от идеи к ее воплощению

В девятый раз Франкфурт-на-Майне стал центром мирового АП. Об этом свидетельствуют количественные показатели выставки Formnext-2023, которые стали рекордными:

  • 859 экспонентов (801 в 2022 г.);
  • 32 851 посетитель (29 581 в 2022 г.);
  • 54 тыс. м2 — общая площадь экспозиции.

«Formnext — место, где идеи обретают форму» (Formnext — where ideas take shape) — этот броский слоган, выбранный для выставки ее организаторами — выставочной компанией Mesago Messe Frankfurt, стал традиционным. То, что экспозиция выставки соответствовала ему и на этот раз, подтверждают приведенные ниже примеры представленных на ней новых разработок в области АТ и АП.

Сразу шесть принтеров представила на выставке компания ARBURGadditive GmbH + Co KG (г. Лосбург, Германия), но в центре внимания посетителей стенда был поступивший с осени 2023 г. в продажу трехсопловой экструзионный принтер 750-3X серии Freeformer многоцелевого назначения в новом, высокотемпературном, исполнении, имеющий площадь платформы построения 750 см2 (рис. 1). Примерами изготавливаемых на нем изделий были детали из ПА, наполненные на 25 % стекловолокном, и воздуховоды сложной геометрической формы из теплостойкого полиэфиримида Ultem 9085 для аэрокосмической промышленности. Расширить спектр применения принтера Freeformer 750-3X позволила возможность регулирования значений температуры его рабочей зоны вплоть до 200 °С и зоны пластикации гранулята в экструдере до 450 °С. Еще на одном принтере той же модели изготавливались на заказ двухслойные стельки для обуви из гибкого ТПЭ и твердого ПП. При этом в процессе печати отдельные участки стелек можно индивидуально укрепить, а другие сделать мягкими.

Рис. 1. Экструзионный 3D-принтер модели Freeformer 750-3X на выставке Formnext-2023

На принтере 200-3X меньшего типоразмера, но той же серии Freeformer, в процессе выставки в течение 90 мин изготавливались 15 мягких сердечек из ТПЭ с губчатой структурой, которые становились подарком для посетителей стенда (рис. 2). На практике этот материал используется среди прочего для печати индивидуальных протезов молочных желез.

Рис. 2. Сердечки из ТПЭ с губчатой структурой, напечатанные на принтере Freeformer 200-3X

Не менее интересной для посетителей была демонстрация печати на экструзионных 3D-принтерах серий TiQ и LiQ. Так, на модели LiQ 5 печатались индивидуальные ортопедические детали, а также изделия для пищевой промышленности из жидкого силикона (LSR), не уступающие по качеству, по уверению разработчиков, таковым, производимым литьем под давлением (рис. 3).

Рис. 3. Деталь из LSR, напечатанная на принтере LiQ 5

Принтер TiQ 5 Pro, печатающий полимерной нитью, имеет расширенные функции, такие как встроенная сушка материала и активный контроль температуры в рабочей зоне. Образцом сложного по конструкции изделия стала доска для высокоскоростного водного скутера, состоящая из отдельных, напечатанных на этом принтере, армированных углеродным волокном элементов (рис. 4).

Рис. 4. Один из разработчиков, любитель водного спорта, рядом с напечатанным на принтере TiQ 5 Pro экспонатом – доской для высокоскоростного скутера

Новинкой на стенде немецкой компании KraussMaffei (Мюнхен) был стереолитографический принтер модели precisionPrint, способный с высокой размерной точностью печатать изделия, в том числе тонкостенные, с высококачественной поверхностью по всей строительной платформе и напоминающие по внешнему виду аналоги, изготавливаемые литьем под давлением. (рис. 5). При этом, как считают в компании, процесс стереолитографической печати может проводиться с гораздо меньшими затратами, даже в случае серийного производства. Принтер precisionPrint оснащен мультилазерной системой послойного облучения фотополимерной смолы, а также автоматической системой смены резервуара для нее, что позволяет быстро переходить на новый материал. Максимальные габариты изготавливаемых изделий составляют 250×250×400 мм.

Рис. 5. Стереолитографический принтер модели precisionPrint

Гораздо более масштабные проекты можно реализовать с помощью экструзионного 3D-принтера powerPrint, работающего с гранулированными термопластами и впервые представленного на выставке «K-2022» в Дюссельдорфе (рис. 6). Здесь максимальные габариты напечатанных изделий могут достигать 2,0×2,5×2,0 м. Примером объекта производства на выставке служила панель для авиастроения, изготовленная из стекловолокнита. В общем случае для печати можно использовать обычные грануляты ПА, ПП, АБС- и АСА-пластиков, ПЭТ, полилактида и ТПУ. Диапазон внутреннего диаметра сопел экструзионной печатающей головки составляет от 2 до 20 мм, температура переработки — до 350 °C, производительность — до 30 кг/ч, что позволяет сократить время выполнения заказа.

Рис. 6. Экструзионный принтер модели powerPrint
Рис. 7. Новый широкоформатный 3D-принтер модели Queen 1 

Стартап Q.Big 3D (г. Аален, Германия) расширяет ассортимент продукции, которую можно напечатать на его широкоформатном промышленном 3D-принтере модели Queen 1, работающем по технологии экструзионной печати изделий из обычных гранулированных термопластов, ассортимент которых гораздо шире, чем нитевидных филаментов (рис. 7). Примерами служат изделия, в том числе крупногабаритные (рис. 8), предназначенные для автомобиле- и машиностроения, сельскохозяйственной и медицинской техники, систем водоснабжения, сферы коммунальных услуг и пр.

Рис. 8. Примеры крупногабаритных изделий, напечатанных
на принтере Queen 1. На одном из них верхом основательница стартапа Q.BIG 3D

Еще одним примером применения принтера Queen 1 являются элементы систем фиксации оптических приборов, в частности производства компании Carl Zeiss (рис. 9). Здесь основными преимуществами деталей, напечатанных в данном случае из полилактида, являются гораздо более высокая экологичность этого биоразлагаемого полимера по сравнению с алюминиевыми аналогами, высокая размерная точность (в пределах 0,2 мм), легкость и отсутствие необходимости в последующей обработке.

Рис. 9. Фиксатор для прибора Carl Zeiss, изготовленный с использованием напечатанных деталей

Особенностью АТ «с переменным плавлением» VFGF (Variable Fused Granular Fabrication), разработанной Q.Big 3D и реализованной в новом принтере, является то, что печать с высокой точностью и, соответственно, меньшей скоростью выполняется только там, где это необходимо, а, например, внутренний объем объекта заполняется материалом с более чем в 100 раз более высокой производительностью. В целом это позволяет существенно сократить общее время цикла. Еще одной инновацией является использование в принтере Queen 1 экструзионной головки с соплом переменного сечения, автоматически изменяющим внутренний диаметр по специальной программе (рис. 10, а). Это особенно важно при переходе к тонкостенным элементам изделий, когда печать осуществляется с использованием капель расплава меньшего диаметра (см. рис. 10, б).

Рис. 10. Печатающая экструзионная головка с соплом переменного сечения (а) и принцип его работы (б) (пояснения – в тексте статьи)

Разработчики утверждают, что по сравнению с экструзионной печатью нитью капельная АТ позволяет в 40 раз повысить производительность изготовления тонкостенных деталей.

Компания CEAD B.V. (г. Делфт, Нидерланды) — разработчик оборудования для широкоформатной 3D-печати, автономных печатающих головок и полноценных роботизированных решений, как то, которое она представила на Formnext-2023, — роботизированную ячейку для экструзионной печати крупногабаритных пластиковых изделий из гранулята (технология FGF) (рис. 11). В компании обращают внимание на особенно высокую гибкость программирования своих роботов, которой не требуется, например, на поточных сборочных линиях в автомобилестроении. В результате достигается «абсолютная» точность траектории перемещения рабочей руки робота модели Flexbot с экструзионной головкой. Этот фактор имеет решающее значение для размерной точности и механических свойств напечатанного объекта.

Рис. 11. Роботизированная ячейка для печати крупногабаритных изделий из пластика по АТ FGF

Фраунхоферский институт производственных технологий и автоматизации Fraunhofer IPA (Германия) продолжает совершенствовать экструзионную АТ печати изделий из вспененных термопластов, для которой ранее было разработано специальное запорное сопло, представленное на выставке Formnext-2022 (более подробно см. в ПМ No 3 2023 г., с. 30. — Прим. ред.). В свою очередь, другой Фраунхоферский институт — химической технологии (Fraunhofer ICT) — разработал для этих целей специальную рецептуру полимерной нити с химическим вспенивающим агентом. В качестве базового полимера были взяты ПС и полилактид (рис. 12). При этом путем варьирования параметров печати — температуры и давления подачи экструдируемого расплава — удается в широких пределах регулировать плотность пенопласта — вплоть до 52 кг/м3, что составляет всего 5 % от плотности монолитного материала. В настоящее время исследуется печать за один цикл так называемых сэндвич-изделий с оболочкой из монолитного материала и сердцевиной — из вспененного.

Рис. 12. Напечатанные образцы из вспененного полилактида

Исследователи из еще одного Фраунхоферского института — Fraunhofer IFAM — совместно с партнерами разработали композиционный материал для использования в операционной. Цель проекта — проверить рабочую гипотезу о том, что использование подобных биоактивных материалов во время операции способствует процессу заживления переломов и снижает риск заражения. Дело в том, что в Германии ежегодно в стационаре лечат около 800 тыс. переломов костей. При этом почти в 10 % случаев после лечения возникают осложнения: кость не заживает должным образом и возникает болезненный псевдоартроз, из-за которого нагрузка на нее становится невозможной. Пациентам часто требуется дополнительная госпитализация с последующим хирургическим вмешательством и длительным лечением. В качестве оптимального был выбран метод 3D-печати каркасов, охватывающих место перелома и способствующих его заживлению (рис. 13).

Рис. 13. Печать на 3D-принтере поддерживающего каркаса из биоактивного композита (а), который может быть индивидуально адаптирован ко всем крупным трубчатым костям (б)

Компания Henkel AG & Co. KGaA из Дюссельдорфа представила на выставке четыре новые смолы для 3D-печати по методу фотополимеризации в ванне, обеспечивающие, по словам разработчиков, высокую производительность прототипирования или серийного выпуска продукции, а также универсальность в смысле различных областей применения (рис. 14). Так, Loctite 3D PRO9274 позволяет быстро печатать изделия с высокой детализацией их элементов. Loctite 3D IND3380 — специальная смола, обладающая антистатическими свойствами и высокой деформационной теплостойкостью (190 °C) в полимеризованном состоянии. Эластомер Loctite 3D IND5714 отличается высокой обратимостью деформаций, стойкостью к циклическим нагрузкам и хорошей прочностью при растяжении. Высокие механические свойства при растяжении и изгибе в сочетании с повышенной ударной вязкостью и прозрачностью делают четвертый продукт марки Loctite 3D MED9851 предпочтительным для широкого спектра применения в медицинской технике.

Рис. 14. Примеры изделий различного назначения, напечатанных из фотополимеров серии Loctite

Компания AIM3D (г. Росток, Германия), производитель экструзионного аддитивного оборудования, представила также результаты тестирования образцов сертифицированного для авиакосмической отрасли ПЭИ марки Ultem 9085 (изготовитель — компания SABIC), напечатанных из гранул и нитей. Цель технико-экономического исследования заключалась в сравнении стоимости и прочности обоих объектов. В AIM3D считают, что экономические преимущества использования гранулята очевидны. Так, его стоимость на 7 % ниже, чем у нити, а скорость послойного наращивания печатаемых изделий как минимум в пять раз больше — 250 см3/ч против 45 см3/ч, что означает существенное снижение затрат благодаря меньшему энергопотреблению и более высокому коэффициенту использования оборудования. Критерием оценки прочности напечатанных образцов служили результаты испытаний на растяжение. Оказалось, что прочность при растяжении по оси XY образцов, напечатанных из гранул, составила 85,7 МПа, что сопоставимо с таковой у образцов, полученных литьем под давлением (86 МПа). Тот же показатель в случае нити оказался равным всего 69,2 МПа. Выше оказались и значения удлинения при разрыве — 12,3 % против 5,4 %, а также прочности при растяжении по оси XZ — 42 МПа против 39 МПа.

Одной из основных задач в робототехнике является снижение массы захватных приспособлений, чтобы снизить инерционные нагрузки при высокоскоростном перемещении осей робота. При этом захваты могут иметь самую разнообразную конструкцию в зависимости от переносимых грузов. Оптимальное решение этой задачи, как считают в компании ASS Maschinenbau (г. Оверат, Германия), заключается в их АП из пластика. В подтверждение этого вывода компания представила на выставке ряд захватов и их элементов, изготовленных из ПА методом селективного лазерного спекания (SLS), а также из стекло- и углепластиков (рис. 15).

Рис. 15. Примеры всевозможных элементов захватов роботов, напечатанных
на 3D-принтере

Следующая выставка Formnext состоится с 19 по 22 ноября 2024 г. также во Франкфурте-на-Майне. Более подробная информация — на сайте www.formnext.mesago.com.

Поделиться материалом:

Другие статьи раздела

En