Источник: http://top3dshop.ru/

       Доля применения аддитивных технологий в военной и оборонной промышленности неуклонно растет. Уже никого не удивляет применение 3D-печати для прототипирования, в том числе и при разработке новых систем вооружения и снаряжения, это стало обыденностью. Но этим дело не ограничивается.

       Всё чаще мы узнаем о том, что 3D-печать применяется при создании функциональных моделей, соответствующих всем прочностным нормам серийного изделия. И тут в игру вступают такие технологии, как печать металлом и конструкционными пластиками, сверхпрочными и жаростойкими. Оборудование для этого выпускает уже не только Stratasys, но и другие компании, сумевшие сделать свои продукты дешевле без потери в качестве.

       Свойства

       Конструкционные пластики - полимерные материалы с такими физико-химическими свойствами, как жаростойкость, устойчивость к химически агрессивным средам, повышенная прочность. Эти свойства позволяют применять их в в автопроме и машиностроении,

       научно-исследовательской деятельности, химической промышленности, аэрокосмической области и отраслях ВПК.

       Филаменты с поликарбонатом

       Поликарбонат - распространенный в промышленности пластик с высокой ударопрочностью и прозрачностью, производится в том числе и для нужд FDM-печати. Материал лучше держит температуру, чем ABS, устойчив к кислотам, но чувствителен к УФ-излучению и разрушается под воздействием нефтепродуктов.

       ABS/PC

       Пример применения на иллюстрации — для печати деталей экзоскелета пехотинца компании Lockheed Martin. Источник: http://top3dshop.ru/

       Характеристики:

       Воспламеняемость: 1,5 мм Диаметр нити: 1,75 мм Модуль изгиба: 2300 МПа при 2 мм/мин Относительно удлинение при разрыве: 80% Прочность на изгиб: 80 МПа при 2 мм/мин Прочность на пределе текучести: 50 МПа Прочность на разрыв: 46 МПа Температура размягчения по Вика, 1 кг, 50 град С/ч: 136 град С Температура размягчения по Вика, 5 кг, 50 град С/ч: 123 град С Температура сопла при печати: 260-265 град С Температура стола: 110 град С Температура тепловой деформации без термоотпуска, 1,8 МПа: 117 град С Температура тепловой деформации с термоотпуском, 1,8 МПа: 106 град С Ударная вязкость по Изоду (надрез), 1/8": 45 кДж/м2

       Сплав поликарбоната и ABS сочетает возможность шлифовки и окраски, свойственную ABS, с более высокой ударопрочностью и рабочей температурой. Сохраняет прочность при низких температурах - до -50 град C. В отличие от чистого PC, лучше применим в тех случаях, когда необходимо ликвидировать слоистую структуру детали шлифовкой или пескоструйной обработкой. В военно-промышленном комплексе применяется для производства корпусов, элементов органов управления, экстренной замены серийных пластиковых деталей в оборудовании.

       Филаменты на основе полиамида

       На иллюстрации: беспилотный летательный аппарат Thor компании Airbus, при длине около 4 метров весящий всего 21 кг. Источник: http://top3dshop.ru/

       Свойства полиамидов:

       Источник: http://top3dshop.ru/

       Полиамиды используются в производстве синтетического волокна, это популярный материал для печати методом выборочного лазерного спекания (SLS). Для печати по технологии FDM/FFF в основном используются полиамид-6 (капрон), полиамид-66 (нейлон) и полиамид-12. К общим чертам филаментов на основе полиамида относятся химическая инертность и антифрикционные свойства. Полиамид-12 более гибок и упруг, по сравнению с PA6 и PA66. Рабочая температура — около 100 град C, отдельные модификации - до 120.

       Прежде всего, из полиамида печатают шестерни. Лучший материал для этой цели, с которым можно работать на обычном 3D-принтере с закрытой камерой. Стойкость к истиранию позволяет делать тяги, кулачки, втулки скольжения. В линейке многих производителей присутствуют композитные филаменты на основе полиамида, с еще большей механической прочностью.

       Переходим к самому интересному

       Работать с поликарбонатом или полиамидом можно на обычном 3D-принтере. С описанными далее филаментами сложнее, они требуют других экструдеров и поддержания температурного режима в рабочей камере, то есть, нужно специальное оборудование для печати высокотемпературными пластиками. Исключения бывают - например, в NASA, ради эксперимента, модернизировали популярный в США Lulzbot TAZ для работы с высокотемпературными филаментами.

       Полиэфирэфиркетон, PEEK

       Пример на фото: крыло из смешанного материала Roboze Carbon PEEK напечатанная на ARGO 500. Углепластиковые волокна добавляются в PEEK для повышения прочности. Источник: http://top3dshop.ru/

       Характеристики:

       Модуль упругости при изгибе: 4300 Mpa Плотность: 1,26 g/cm3 Предел прочности при растяжении: 3700 Mpa Ударная вязкость по Изоду с надрезом: 19 Kj/m2

       Рабочая температура изделий из PEEK достигает 250 град C, возможен кратковременный нагрев до 300 - показатели для армированных филаментов. Недостатков у PEEK два: высокая цена и умеренная ударопрочность. Остальное - плюсы. Пластик самозатухающий, термостойкий, химически инертный. Из PEEK производятся стойкие к истиранию детали.

       Полиэфиримид, PEI

       Макет ракеты Raytheon с 3D-печатными деталями из разных типов конструкционного пластика. Источник: http://top3dshop.ru/

       Характеристики:

       Обладает низкой воспламеняемостью и дымовыделением; Выдерживает большой температурный интервал (от -70 до +180 град C); Стойкий к механическим воздействиям; Жесткий; Стабилен в размерах (даже в условиях высоких температур); Податлив к термоформованию и механической обработке; Высокие электроизоляционные свойства; Низкий коэффициент теплового расширения; Устойчив к воде и парам, а также к ультрафиолетовому и энергетическому излучению; Стойкость к маслам и бензину, спиртам (даже под нагрузкой); Не подвержен воздействию кислот и слабых щелочей.

       Он же - Ultem. Семейство пластиков, разработанных компанией SABIC. Характеристики PEI скромнее показателей PEEK, но стоимость заметно ниже. Ultem 1010 и 9085 - основные материалы Stratasys для печати функциональных деталей. PEI востребован в аэрокосмической отрасли - масса значительно меньше, в сравнении с алюминиевыми сплавами. Рабочие температуры изделий, в зависимости от модификации материала, достигают 217 град C по информации производителя и 213 - по результатам испытаний Stratasys.

       Преимущества у PEI те же, что и у PEEK - химическая и температурная стойкость, механическая прочность. Именно этот материал Stratasys продвигает как частичную замену металлу в аэрокосмической отрасли, для беспилотников, изготовления оснастки для формовки, быстрой печати функциональных деталей в опытном производстве.

       Полифенилсульфон, PPSF/PPSU

       На иллюстрации: Полифенилсульфон используется в производстве разведывательных беспилотников. Источник: http://top3dshop.ru/

       Характеристики:

       Высокая максимальная допустимая рабочая температура на воздухе (180 град C, 170 град C и 150 град C длительно для PPSU 1000, PEI 1000 и PSU 1000 соответственно) Высокая механическая прочность в широком температурном диапазоне Отличная гидролизная стойкость (можно повторно стерилизовать паром) Высокая прочность даже при низких температурах Физиологически инертен (пригоден для контакта с пищевыми продуктами) Очень хорошая стабильность размеров Прозрачен, не оптического качества (за исключением PPSU 1000, который изготавливается черного цвета) Очень хорошая стойкость к излучению с высокой энергией (гамма- и рентгеновские лучи) Хорошие электроизоляционные и диэлектрические свойства

       Еще один материал, который сочетает в своих свойствах температурную стойкость, механическую прочность и устойчивость к химическим воздействиям. PPSF от Stratasys сертифицирован для аэрокосмического применения.

       Полисульфон, PSU

       3D-печатная панель из PSU американского военного вертолета Chinook компании Boeing. Источник: http://top3dshop.ru/

       Характеристики:

       Прозрачный аморфный материал. Допускает кратковременный нагрев до 200 град С. Температура длительной эксплуатации до 160 град. С. Выдерживает охлаждение до -100 град С. Температура стеклования: 190 - 195 град С. Обладает высокой жесткостью. Стойкостью к ударным нагрузкам ниже, чем у PC. Имеет высокую химическую стойкость. Высокая стойкость к гидролизу (выше, чем у PAR, PEI, LCP, PAI). Один из немногих материалов, который может работать в кипящей воде под нагрузкой. Имеет отличные диэлектрические свойства в широком диапазоне температур и частот. Нетоксичен. Не имеет запаха. Биологически инертен. Рекомендуется для точного литья. Отличается низким короблением и очень высокой размерной стабильностью. Ползучесть полисульфона при 100 град С меньше чем у сополимеров формальдегида или АБС-пластика при комнатной температуре. Допускает стерилизацию всех видов.

       Менее распространен по сравнению с PPSU, обладает схожими физическими характеристиками, химически инертный, самозатухающий. Рабочая температура - 175 град C, до 33% дешевле по сравнению с PPSU.

       Металлы

       На иллюстрации: опытный образец гранатомета RAMBO (Rapid Additively Manufactured Ballistics Ordnance), состоящего из 3D-печатных деталей из металла и разного типа пластика. Источник: http://top3dshop.ru/

       Источник: http://top3dshop.ru/

       3D-печать металлом дает на выходе изделия, прочность которых зачастую превосходит образцы полученные литьем. Применение 3D-печати металлами значительно сокращает технологический процесс, позволяя получить любую деталь в единичном экземпляре или микросериями.

       В оборонной промышленности широко используется 3D-печать сталью, титаном, медью и другими металлами и сплавами.

       Применение

       В январе компания GE сообщила об успешных испытаниях авиационного двигателя Advanced Turboprop с 3D-печатными частями.

       Это гражданский двигатель, но применение 3D-печати позволило ему сбросить около 45 килограмм веса и улучшить сгорание топлива на 20%, что на 10% увеличило мощность. Представьте, какие возможности это открывает для военной авиации.

       Этой весной стало известно, что специалистам Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ) дали государственный грант на развитие этой темы. Университет будет разрабатывать три новых конструкционных полимерных материала для оборонки и аэрокосмического производства. Сумма гранта - 200 миллионов рублей. Материалы будут использоваться как в традиционном производстве, так и в 3D-печати, что значительно расширит сферу их применения.

       Концерн "Алмаз–Антей" собирается выпустить свой первый 3D-принтер в этом году. Сначала это будет обычный FDM, для печати пластиком. Потом концерн намерен перейти на аппараты для печати металлом, необходимые, прежде всего, самому концерну - для производства элементов систем вооружения, в частности - ЗРК. Создавать принтеры предполагается из 100% отечественных комплектующих, что поднимет их цену в два раза, по сравнению с европейскими и американскими образцами. Тем не менее, руководство концерна рассчитывает на хороший спрос на такие аппараты со стороны других отечественных компаний авиационной и оборонной отраслей - отсутствие импортных деталей в поставляемом оборудовании очень важно, с точки зрения политики импортозамещения.

       За рубежом 3D-печать конструкционными пластиками и металлами успешно применяют такие гиганты как Boeing, GE, DARPA и другие. Средства в разработку и применение вливаются колоссальные, сомнений в целесообразности давно ни у кого не возникает.

       Оборудование

       Для работы с инженерными пластиками принтер должен обладать высокотемпературным экструдером. Здесь можно выделить два класса оборудования. Младший - до 300 град C, этого достаточно для модификаций ABS, поликарбоната и полиамидов. Старший - выше 300 град C. Для PEEK или Ultem нужно порядка 400.

       Экструдер - это еще не все. Подогреваемая платформа или вакуумный стол - обязательное условие для удержания детали на месте. И печать должна происходить в изолированной от внешнего мира рабочей камере, с поддержкой заданной температуры. Несоблюдение режима приводит к деформации или нарушению целостности печатаемого объекта.

       Смотрите наш обзор высокотемпературных FDM 3D-принтеров с выставки Formnext 2017:

       Смотрите наш 3D-влог о цифровом производстве на YouTube и подписывайтесь, чтобы не пропустить другие интересные видео.

       Intamsys

       Китайский производитель предлагает четыре модели 3D-принтеров. Базовые Funmat и Funmat Pro работают с привычными пластиками, от PLA до нейлона, и композитами. Funmat HT и Funmat Pro HT уже способны печатать из PEEK, Ultem и PPSU.

       Характеристики:

       Рабочая камера: 260 x 260 x 260 мм; Толщина слоя: от 50 мкм; Диаметр сопла: 0.4 мм; FUNMAT: температура экструдера до 280 град C, стола - до 150 град C; FUNMAT HT: температура экструдера до 450 град C, стола - до 160 град C.

       Компактные принтеры с закрытой рабочей камерой, у HT-версии она оснащена подогревом, максимальная температура 90 град C.

       Intamsys FUNMAT PRO, FUNMAT PRO HT

       Характеристики:

       Рабочая камера: 450 х 450 х 600 мм; Толщина слоя: от 50 мкм; Диаметр сопла: 0.4 мм; FUNMAT PRO: температура экструдера до 280 град C, стола - до 150 град C, камеры - до 60 град C; FUNMAT PRO HT: температура экструдера до 450 град C, стола - до 160 град C, камеры - до 120 град C.

       Промышленные принтеры для печати крупных деталей высокотемпературными пластиками, оснащенные подогревом рабочей камеры.

       Выводы

       Современные военно-промышленные комплексы разных стран активно применяют объемную печать как специальными конструктивными пластиками, так и металлами. Уже нельзя себе представить современное военное производство без аддитивных технологий и других элементов цифрового производства. Применение последних достижений техники всегда обеспечивало превосходство в военной силе и защитном потенциале стран мира, и второе десятилетие XXI века не стало исключением.

       Больше интересных статей о 3D-печати, аддитивных технологиях и цифровом производстве читайте в нашем блоге.

       Для модернизации своего производства и подбора необходимого оборудования обращайтесь в Top 3D Shop.