Угле- и стеклонаполненные полимеры пользуются растущим спросом, будучи способными заменять металлические детали и просто позволяющими создавать крутые или откровенно странные проекты с помощью аддитивных технологий. Делимся примерами 3D-печати армированными композитами, используемыми на воде и суше, в воздухе и космосе.
Композиты в робототехнике
Армированные полимеры находят применение в робототехнике, где относительно малая масса и высокая прочность композитных деталей способствуют повышению мобильности. Этот пример представлен китайским Институтом перспективных промышленных материалов в Дэчжоу. На иллюстрации показан сегмент манипулятора, изготовленный по гибридной технологии.
Внутренняя структура детали напечатана на экструзионном 3D-принтере Intamsys Funmat Pro 610 HT с использованием полиэфирэфиркетона, усиленного углеродными волокнами (PEEK-CF). После этого структуру дополнительно усилили более традиционной углепластиковой оболочкой — обернули в препрег и запекли в автоклаве.
Полученная деталь отличается низкой массой, а по прочности не уступает алюминиевым аналогам. Что не менее важно, удалось получить деталь сложной формы без необходимости в производстве формовочной оснастки или фрезерования металлических заготовок, что было бы намного затратнее и по времени, и по финансам.
Ваша заявка принята
3D-печатные часы за $5000
Швейцарская компания Oris выпустила ограниченную партию наручных часов в честь канадской авиационной компании Coulson Aviation. Канадские летчики специализируются на тушении лесных пожаров и не раз отличались в борьбе со стихией, потеряв за последние пять лет два экипажа при тушении масштабных возгораний в Австралии.
В честь отважных авиаторов Оris решила подготовить нечто особенное — точные механические хронометры в необычных, 3D-печатных корпусах. Заказ на 3D-печать выполнило швейцарское бюро 9T Labs, задействовавшее технологию экструзионной 3D-печати и использовавшее угленаполненный композит на основе полиэфиркетонкетона (PEKK) — близкого родственника более известного полиэфирэфиркетона (PEEK), практически аналогичного по свойствам.
Массовая доля углеволокна конкретно в этом композите достигает 60%. Вкупе с уже высокопрочным, тугоплавким и стойким к химикатам конструкционным полимером получились легкие и долговечные корпуса.
Достать такие часики будет непросто: компания выпустила всего тысячу штук стоимостью по пять тысяч долларов, и все они уже нашли владельцев.
Автомобильный тюнинг
Российская компания Box3D уделяет немало внимания кастомизации транспортных средств — автомобилей и мотоциклов. Ребята печатают не только декоративные элементы, но и функциональные детали, опять-таки полагаясь на армированные композиты, зачастую заменяющие металлические сплавы.
На иллюстрациях изображены компоненты холодного впуска гоночной версии автомобиля Audi S8. Традиционно такие детали делают из алюминиевых сплавов ручным формованием. Это достаточно сложный процесс, требующий высокой квалификации, поэтому добиться требуемого качества с имеющимися на рынке людскими ресурсами довольно сложно и затратно. Как вариант, такие детали можно изготовить по традиционной технологии производства углепластиковых деталей — формованием препрегов с пропиткой, но и этот вариант оказался неоптимален из-за размера деталей и высокой геометрической сложности.
Box3D и заказчик, компания Level Performance, пошли другим путем, изготовив детали методом 3D-печати. Расходным материалом послужил стеклонаполненный акрилонитрилбутадиенстирол (ABS). Ближайший аналог в нашем каталоге — угленаполненный FormaX. Самым сложным моментом было построение стенок корпусов под фильтры толщиной всего в два с половиной миллиметра, но и с этой задачей удалось справиться, снизив скорость построения, повысив температуру хотэнда и уменьшив высоту слоев ради оптимального спекания. Согласно техническому заданию внешние поверхности остались необработанными, почистили лишь внутренности деталей.
Ваша заявка принята
Киви, хоббиты и 3D-печатные ракеты
Новая Зеландия — не только место для съемок «Властелина колец» и постоянной путаницы между птицами, фруктами и местным населением, но и страна передового ракетостроения, и мы не шутим. Все благодаря стараниям частной космической компании Rocket Lab, успешно работающей на коммерческом рынке уже около восьми лет, хотя само предприятие основано в Окленде в 2006 году. Ныне основные производственные мощности Rocket Lab, как и штаб-квартира, расположены в США, поближе к основному рынку сбыта, хотя производство части компонентов, сборка и запуски все так же осуществляются в Новой Зеландии.
Команда под руководством основателя и генерального директора Питера Бека изначально нацелилась на производство и запуски относительно недорогих ракет-носителей легкого класса, спрос на которые неуклонно растет по мере миниатюризации технологий и, соответственно, космических аппаратов. Тяжелые носители с полезной нагрузкой в десятки тонн все еще нужны, но зачастую проще и быстрее запустить небольшую ракету с одним или двумя спутниками, чем согласовывать коллективные запуски на тяжелых ракетах с десятками клиентов.
Рабочая лошадка Rocket Lab — ракета Electron с полезной нагрузкой до 320 кг на низкой околоземной орбите. Ракета небольшая, но очень интересная в конструктивном плане. Обе ступени оснащены двигателями собственной разработки Rutherford, названными, конечно же, в честь новозеландского ученого Эрнеста Резерфорда, предложившего действующую модель строения атомов. Уже здесь компания отличилась двумя новшествами.
Во-первых, «Электроны» стали первыми ракетами с подачей топлива электрическими насосами вместо сложных, дорогих и не всегда надежных турбонасосных агрегатов. Во-вторых, сами двигатели — по девять на первых ступенях и по одному на вторых — печатаются на лазерных 3D-принтерах с использованием металлических порошков, что позволяет относительно небольшому предприятию изготавливать силовые установки собственными силами, да еще и в кратчайшие сроки. Технологии 3D-печати используют и другие космические компании, в том числе знаменитая SpaceX, но именно Rocket Lab первой внедрила 3D-печать практически всех основных компонентов, в том числе камеры сгорания, форсунки, насосы и клапаны.
Но это еще не все: несущая конструкция ракеты, включая баки, изготавливается из углепластика. В производстве компонентов для «Электронов» используются традиционные методы формования, но теперь, когда компания замахнулась на разработку более тяжелого и к тому же многоразового носителя среднего класса «Нейтрон» с полезной нагрузкой до тринадцати тонн, инженеры Rocket Lab снова прибегли к помощи аддитивных технологий.
Специально для производства корпусов новых ракет сконструирована гибридная аддитивная система, способная выращивать крупногабаритные конструкции целиком, наплавляя полимерные композиты с волоконным армированием. Аддитивная система двенадцатиметровой высоты наносит до ста метров расплава и армирующих нитей в минуту с помощью многоосевой головки, позволяющей выстраивать криволинейные поверхности без использования опорных структур. С помощью такого оборудования предприятие планирует печатать все самые крупные компоненты перспективной ракеты-носителя общей длиной сорок два метра — первые и вторые ступени, переходную секцию между ступенями и обтекатель. Диаметр первой ступени при этом достигает семи метров.
По предварительным расчетам новый производственный метод позволит экономить до ста пятидесяти тысяч человеко-часов на каждой ракете. Заодно 3D-принтер оснащен системой машинного зрения, анализирующей процесс в режиме реального времени для выявления потенциальных дефектов. Как только система выявляет отклонения от заданных параметров, операторы сразу же получают уведомление.
Ваша заявка принята
MAMBO: 3D-имприманте итальяно
Несколько лет тому назад посетители выставки Genoa Boat Show могли подивиться необычным катером MAMBO. Расшифровывается аббревиатура так себе: Motor Additive Manufacturing Boat, но как вышло, так вышло. Мотор на катере самый обычный, а вот корпус не только имеет экзотичные обводы, но и выполнен далеко не самым привычным методом.
За производство корпуса отвечало итальянское бюро 3D-печати Moi Composites. Эта компания разработала и эксплуатирует аддитивную систему на основе многоосевого робота-манипулятора. 3D-принтер разработан специально для 3D-печати композиционными материалами. В случае с MAMBO использовался стеклонаполненный полимер, то есть по сути на выходе получился этакий стеклопластиковый корпус.
Сами по себе стеклопластиковые корпуса лодок и катеров уже давно никого не удивляют, технология производства подобных композитов отработана еще в 1940-х, но корпуса обычно создают ручным формованием на заранее подготовленных матрицах, нередко опять-таки из стеклопластика.
Немалая трата ресурсов уходит именно на изготовление оснастки. 3D-печать сразу стеклопластикового корпуса — вполне рабочий вариант, хотя скорее всего потребуется дополнительная пропитка ради полной герметизации. Более практичный вариант — все же 3D-печать формовочной оснастки, а это уже немалая экономия времени и средств.
Тем не менее, 3D-печатный катер вполне успешно порезвился на волнах в Генуе. Ну и как положено в Италии, это не средство передвижения, а роскошь: днище устлано пробковым настилом, кресла отделаны белой кожей, а силовая установка мощностью 115 л. с. позволяет привлекать кучу внимания обильными брызгами на полном ходу.
Композитные спутники
С 3D-печатью ракет разобрались, а как насчет космических аппаратов? Здесь тоже можно найти множество примеров 3D-печати композитами. Например, американская компания
Mini-Cubes предлагает миниатюрные аппараты в формате CubeSat, самые маленькие из которых достигают всего пяти сантиметров. Направление измерений выберите сами, это кубики.
Несущие рамы малышей печатают по технологии селективного лазерного спекания полимерных порошков (SLS), но с использованием не просто полимеров, а угленаполненных композитов. Вариант на иллюстрации — достаточно простой спутник, оснащенный камерой для наблюдения за поверхностью Земли, в первую очередь с целью геолого-разведочных работ, то есть поиска полезных ископаемых.
В конструкции космических аппаратов важны не только масса и объем (чем ниже, тем лучше), но еще и прочность (тут уже все наоборот), ведь при выведении на орбиту полезная нагрузка испытывает довольно серьезные нагрузки уже со стороны разгоняющихся ракет-носителей. Отсюда и выбор легкого, но прочного угленаполненного композита, тем более что с помощью 3D-печати можно быстро и недорого получить сложную конструкцию требуемой формы.
Еще на Земле такие аппараты успешно прошли весь цикл испытаний — на прочность и устойчивость к охлаждению и нагреванию от -40°C до 50°C.
Кроссовки Pleko
Помимо красивых машин и катеров итальянские дизайнеры умеют делать и красивую обувь. Само собой, недешевую. Эти кроссовки придумал итальянский атлет Миро Бурони, хотя непосредственно за дизайн отвечал бренд Diadora. Подошвы, прослойка, передник, задник и боковины выполнены из угленаполненного полимера методом 3D-печати.
Главный момент — кастомизация. С помощью предварительного 3D-сканирования обувь можно подгонять точно под стопу индивидуального пользователя, а затем печатать почти всю конструкцию на 3D-принтере. Получается максимально удобная обувь.
Это не просто спортивная обувь, а самые настоящие профессиональные беговые кроссовки, так что при проектировании учитывалось распределение нагрузок на стопу при беге.
3D-печатный бассейн
И наконец, самый странный пример — 3D-печатный бассейн. В принципе, если можно напечатать корпус лодки, чтобы удерживать воду снаружи, то почему бы не напечатать емкость для удержания воды внутри? За практичность и рентабельность такой затеи не отвечаем, просто поделимся примером.
Это устройство для бултыхания спроектировано и изготовлено американской компанией San Juan Pools. Создатели утверждают, что использованный композит максимально экологичен и изготовлен из перерабатываемого сырья. Сама компания — семейное предприятие, работающее с 1963 года, так что предположим, что они разбираются в своем деле. 3D-печать выполнила флоридская компания Alpha Additive, предлагающая разные кастомизируемые крупноформатные 3D-принтеры.
Ваша заявка принята
Бассейн не очень глубокий, чуть меньше метра, а потому явно рассчитан в первую очередь на детей. Габариты же довольно приличные — четыре метра на восемь. В задней части даже предусмотрено подогреваемое джакузи. Это, видимо, уже для родителей.
Вишенка на торте — опять-таки возможность кастомизации: компания готова делать бассейны любой формы, на вкус заказчиков, хотя придется раскошелиться: стоит такое удовольствие от семнадцати до тридцати восьми тысяч долларов.
Интересуют возможности 3D-печати композитами? Свяжитесь с нами, и специалисты REC будут рады предоставить подробную консультацию по выбору расходных материалов.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся
Вход через социальные сети