3D-печать

3D-печать

спецвыпуск революция 4.0 в нефтехимии
С момента своего появления в конце 1980-х аддитивные технологии всегда вызывали споры. Одни считали их дорогой игрушкой, другие – потенциальным убийцей традиционной промышленности. Истина, как это часто бывает, оказалась где-то посередине. 3D-принтеры не смогли вытеснить привычные производства, но все же меняют окружающий нас мир. Печатать начинают даже самые невероятные вещи – так, в подмосковном Ступино из 3D-принтера собираются «вырастить» жилой дом.

Около двух лет назад голландское архитектурное бюро DUS Architect объявило о любопытном проекте – в Амстердаме был построен не макет, а настоящее здание с использованием 3D-принтера. Дом не печатали целиком. Однако прямо на стройплощадке на аппарате под названием KamerMaker изготавливались блоки, из которых потом все сооружение собрали, как конструктор. Таким образом специалисты DUS Architect решили продемонстрировать возможность быстрой 3D-печати жилья в зонах стихийных бедствий или в случаях других экстренных ситуаций. Все сооружение было выполнено из утилизируемого пластика, разработанного совместно с концерном Henkel.

Первый в своем роде

После Амстердама такие проекты были выполнены еще в нескольких странах мира – к примеру, в Китае их уже несколько. А нынешней весной в ОАЭ появилось первое офисное здание, созданное при помощи аддитивной печати. В нем расположился Дубайский фонд будущего, что само по себе символично. Теперь на отпечатанный на принтере дом «замахнулись» в России.

Это проект молодой компании Apis Cor. «Мы готовы быть первыми, кто начнет строительство на Марсе», – амбициозно говорит ее создатель Никита Чен-юн-тай. Он утверждает, что придумал уникальный мобильный 3D-принтер, который печатает дом целиком непосредственно на строительной площадке. В проект поверил один из лидеров отечественного рынка стройматериалов – корпорация «ТехноНИКОЛЬ». Специально для него она подобрала дополнительные решения из своей обширной продуктовой корзины. Например, в качестве кровельного покрытия напечатанного дома будет применяться полимерная мембрана, отличающаяся высокими эксплуатационными свойствами и технологичным монтажом (полотна свариваются с помощью горячего воздуха).

Теплоизоляция кровли будет сделана с помощью пожаробезопасных и прочных пенополиизоциануратных плит. А для цокольной части будет использован экструзионный пенополистирол с частицами графита, обеспечивающий почти что нулевое водопоглощение. Сам дом, как рассказал Никита Чен-юн-тай, должен быть напечатан из материала на цементной основе с добавлением специальных армирующих добавок. «Технология трехмерной печати рассматривается как одна из перспективных в мире, возможно, в будущем она во многом позволит решить проблему доступности жилья», – считает вице-президент корпорации «ТехноНИКОЛЬ» Евгений Войлов.

Принтер на орбите

Компания «Анизопринт» хочет отправить 3D-принтер на Международную космическую станцию
Технологии аддитивного производства (от англ. add – прибавлять) появились около трех десятилетий назад. В самом названии раскрыта в общих чертах суть – принтер создает изделие любой сложности – от сувенира до замысловатой промышленной детали с внутренними полостями – слой за слоем, в точности повторяя созданную на компьютере трехмерную модель. Считается, что родоначальником 3D-принтинга являются США. Именно американский инженер Чарльз Халл, основатель компании 3D Systems, в 1986 году собрал первый стереолитографический 3D-принтер, благодаря чему появилась возможность практического применения технологии (ее опробовали в оборонной сфере).

По подсчетам консалтинговой фирмы Wohlers Associates, рынок оборудования и услуг для трехмерной печати уже преодолел отметку в 5 млрд долл. Основной спрос на эти технологии предъявляют сегодня производители автомобилей, промышленных машин, потребительских товаров, а также аэрокосмическая отрасль. К примеру, в 2016 году лучшим проектом организованного корпорацией «Ростех» форума «Цифровая индустрия промышленной России» была признана разработка компании «Анизопринт». Это композитный материал для 3D-печати – полимер, усиленный непрерывным углеродным полотном, который легок, но живуч (в 1,5 раза прочнее алюминия). Испытывать его будут в космосе: «Анизопринт» и компания «Спутникс» (зани­мается созданием малых космических аппаратов) планируют отправить 3D-принтер на Международную космическую станцию. Если все сложится удачно, то на нем прямо на орбите будут печатать нужные детали, к примеру панели для солнечных батарей и антенные рефлек­торы.

Советский Союз в свое время стоял у истоков стереолитографии – еще в 1970-х годах в стране велись серьезные работы по созданию технологических лазеров. Но после распада СССР из-за дефицита финансирования многие начинания были свернуты. Такие проекты, как «Анизопринт», могут содействовать сокращению отставания от стран-лидеров. Прежде всего это США – на долю этого государства приходится порядка 40% глобального рынка.

На старт?

Для нефтехимии технологии аддитивной печати – особая сфера интересов. С одной стороны, это потенциальная возможность сбыта продукции, поскольку полиамиды и фотополимеры наряду с металлическими и композитными порошками являются основным расходным материалом для трехмерных принтеров. С другой – внедряя на своем производстве 3D-печать, можно сокращать расходы на обслуживание оборудования, «выращивая» на месте нужные детали без необходимости держать аварийно-технический запас на складах или выстраивать отношения со множеством поставщиков. Так уже действуют в разных отраслях промышленности. К примеру, нефтесервисная компания Halliburton использует 3D-принтеры на шельфовых платформах, где всего час простоя может принести убытки в размере до 750 тыс. долл.

Рынок оборудования и услуг для трехмерной печати преодолел отметку 5,2 млрд долл.
В 2012 году технологический центр Shell в Амстердаме приобрел оборудование для трехмерной печати, разработанное фирмой ConceptLaser. Для создания компьютерных моделей в формате CAD использовалось программное обеспечение Materialise.

Оборудование и технологии такого уровня, в частности, задействует NASA. Целью внедрения трехмерной печати в Shell было создание промышленных изделий со неоднородной внутренней структурой, которые сложно или просто невозможно изготовить на другом оборудовании.

Примером таких изделий являются сепараторы газожидкостных смесей, испещренные сетью входных и выходных каналов. Их использование дает возможность производить сложные химические соединения, а также предотвращает повреждение газоанализаторов.

Более того, инженерам Shell удалось разработать сепаратор, прогревающийся за счет внутреннего тока жидкости и газа, без использования внешних источников тепла. По завершении компьютерного моделирования печать изделия заняла всего 60 часов, в то время как использование традиционных методов отняло бы несколько недель. Кроме экономии времени трехмерная печать помогла уменьшить расход сырья, поскольку отходов производства как таковых она в принципе не подразумевает.

В России 3D-технологии уже применяют машиностроители
В России аддитивные технологии применяются сегодня преимущественно в металлургии, машиностроении и авиационно-космической отрасли – их используют, например, НПО «Энергомаш», Уралвагонзавод, Воронежсельмаш, «Тушинский машиностроительный завод». Но пока в основном эти предприятия все же делают на 3D-принтерах прототипы деталей, а не конечные изделия.

Хотя есть исключения: так, «Тихвинский вагоностроительный завод», входящий в состав НПК­ «Объединенная вагонная компания», использует трехмерную печать в литейном производстве. На принтере из полимерного сырья делают комплекты литейной оснастки. Она служит для получения при формовке отпечатка в песчаной огнеупорной смеси под последующую заливку металла в образовавшуюся при этом полость.

Один и тот же комплект оснастки, уникальный под каждую отливку, используется на протяжении тысяч циклов производства. От соблюденной в процессе изготовления комплекта оснастки точности всех предусмотренных конструкторами параметров напрямую зависит качество конечного изделия (в данном случае речь о деталях тележки – ключевого элемента грузового железнодорожного вагона). Тради­ционный способ изготовления оснастки путем механической обработки материалов трудоемок (занимает подчас несколько месяцев), при этом чувствителен к ошибкам мастера. Технологии 3D-печати позволяют максимально точно воспроизводить требуемые формы при ощутимой экономии времени – в десять раз и выше.

«Аддитивные технологии уже не являются чем-то фантастическим. Их применение может быть особенно актуально для удаленных и труднодоступных производств, которыми являются в том числе и газоперерабатывающие заводы – их ­целесообразно будет оснастить новым оборудованием, как только 3D-печать станет более-менее доступна на рынке. Это позволит на месте осуществлять быстрый выпуск деталей для внепланового ремонта вместо содержания аварийно-технического запаса»,– говорит Олег Новожилов, директор по корпоративному обучению и управлению знаниями ­СИБУРа. У данной темы есть нюансы, касающиеся в том числе сертификации, но, полагает он, все проблемные моменты уже в ближайшем будущем могут быть решены. 

Ольга Михайлова


 
почитать еще
Скользкая тема

Скользкая тема

Химические реагенты – один из немногих способов борьбы с гололедом. Но противников у них не меньше, чем сторонников. Считается, что реагенты разъедают обувь, детали машин, корни растений. А нынешней зимой из-за резких перепадов погоды и постоянной «проливки» улиц претензий стало еще больше. «Нефтехимия РФ» решила разобраться, насколько обвинения оправданны и какие вообще есть варианты борьбы с гололедом.

читать полностью
«Бакалавры не очень-то и нужны»

«Бакалавры не очень-то и нужны»

Наступает пора вступительных испытаний в вузы. Статистика свидетельствует: интерес абитуриентов к химическим специальностям в последние годы не растет. Но зато приходят действительно лучшие, уверен Валерий Лунин, академик Российской академии наук, декан химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. В интервью «Нефтехимии РФ» он рассказал, как ведет подготовку специалистов-химиков ведущий вуз страны.

читать полностью
Союз формы и функции

Союз формы и функции

«Вещь есть пространство, вне коего вещи нет», – сказал поэт Иосиф Бродский. Но почему это пространство ограничено привычными рамками? К примеру, как выглядел бы треугольный телевизор? «В массовом производстве – никак», – уверены промышленные дизайнеры. Форма и функция должны идти рука об руку, хотя пластики и композиты расширяют границы дозволенного.

читать полностью