3D печать в научно-исследовательской деятельности (на примере Объединенного института ядерных исследований)
Помимо образовательных проектов, коммерческой деятельности, медицины аддитивные технологии активно применяются в научно-исследовательской среде. Нам посчастливилось пообщаться с нашим клиентом Андреем Чураковым - начальником группы в Объединенном институте ядерных исследований, который не так давно приобрел 3D принтер Raise3D N2 Plus. Он поделился своим мнением о 3D технологиях и рассказал о своем опыте использования 3D принтера.
Андрей Владимирович Чураков является начальником группы в научно-экспериментальном отделе комплекса спектрометров в Лаборатории нейтронной физики ОИЯИ. Такое длинное название неспроста. В составе ОИЯИ 7 крупнейших лабораторий с большим количеством подразделений и отделов, и 4500 сотрудников в общей сложности.
ОИЯИ – это известный международный научный институт, расположенный в Московской области в г. Дубна, демонстрирующий успешный пример интеграции экспериментальных и теоретических исследований в области ядерной физики и не только. На счету института более 40 важных научных открытий, в числе которых синтез новых сверхтяжелых элементов, которые были добавлены в таблицу Менделеева (Дубний, Флеровий и пр.).
(Изображение взято с сайта ОИЯИ - www.jinr.ru)
Подразделение, в котором работает Андрей Владимирович, занимается обслуживанием экспериментальной аппаратуры на спектрометрах исследовательского реактора ИБР-2.
Непосредственно группа Андрея ответственна за детекторы нейтронов. Они разрабатывают и создают детекторы и детекторные системы, а также занимаются настройкой этих систем, обслуживанием, поддержкой в работоспособном состоянии и при необходимости ремонтом.
Для каких задач используется 3D принтер
3D печать пришла в лабораторию совсем недавно. Андрей говорит, что новую технологию решили внедрить для конкретных целей:
- Мы используем принтер для создания макетов при разработке новых изделий. Также для изготовления единичных и мелкосерийных изделий, производства пластиковых деталей сложной геометрической формы, а также вспомогательной оснастки для нашей основной работы (детекторных систем).
Бегунок-прижим упорный (деталь установки)
Традиционные методы VS. 3D печать
До покупки принтера подразделение Андрея заказывало изготовление нужных деталей и изделий в лабораторных мастерских, расположенных на территории ОИЯИ.
Исходя из своего опыта, Андрей считает, что однозначно заявить о безоговорочной победе 3D технологий над более традиционными методами производства нельзя. Есть ситуации, в которых 3D печать немного уступает фрезерному или токарному станку. Но есть и задачи, при выполнении которых без 3D принтера теперь очень сложно обойтись:
- У 3D печати пластиками есть одна особенность - сложность получения деталей в точных заданных размерах из-за усадки материала. Практически любой пластик подвержен температурным деформациям, внутренние напряжения пластика вызывают коробление деталей, а также изменения размеров относительно чертежа. При точности перемещения головки принтера порядка 10 мкм, точность линейных размеров изделия составляет порядка 100 мкм, а то и больше. Может это не важно при изготовлении бытовых предметов и художественных произведений, но нам приходится учитывать это при проектировании приборов и оснастки.
Сравнивая изготовление детали на 3D принтере с изготовлением в мастерских на станках, можно увидеть как плюсы, так и минусы каждого из путей. Все зависит от целей и задач.
1-ое Подготовка макета/ чертежа:
В нашем случае проще подготовить чертеж для мастерской. Рабочему достаточно схемы «от руки» с указанием основных размеров. Принтер же требует четкую 3D модель изделия, хотя для человека, который занимается 3D моделированием, это тоже не будет проблемой. Опытный рабочий, токарь или фрезеровщик, сможет увидеть ошибку в чертеже, что не сможет сделать принтер. Но на принтере гораздо дешевле подготовить несколько прототипов и внести правки в модель.
2-ое Сложность изделий:
Изделия простой формы - прокладки, шайбы, втулки – можно быстрее изготовить на токарном станке. Но для создания изделий сложной формы с множеством отверстий, выступов, впадин не обойтись без 3D принтера. Это его огромнейшее преимущество.
Установочные прокладки для 5-счетчикового блока детектирования нейтронов.
3-е Простота и повторяемость:
Здесь явный фаворит – 3D принтер. Оператора для работы с принтером обучить значительно проще и быстрее, чем станочника, токаря и фрезеровщика. К тому же печать на принтере может и дольше по времени, но практически не требует участия человека. Можно вечером поставить на печать несколько изделий, уйти домой и утром получить готовые детали.
Обслуживать 3D принтер гораздо проще, чем токарный или фрезерный станок. У нас в Raise3D N2 Plus ничего серьезно не ломалось (тьфу-тьфу-тьфу).
4-е Печать металлами:
Главная моя претензия к 3D печати - крайняя сложность работы с металлами. Принтеры, печатающие металлом, существуют, но стоят очень дорого и требуют специальных расходных материалов (дорогих и не очень распространенных). Массовая 3D печать металлами - это, скорее, завтрашний день. Но уже сейчас радует возможность печати на FDM-принтере мастер-моделей из выжигаемых пластиков для дальнейшей отливки.
Выбор 3D принтера
Наиболее приоритетными критериями при поиске 3D принтера для лаборатории были:
- надежность оборудования;
- большая область печати;
- точность;
- хорошая повторяемость;
- закрытая камера для печати.
Так же мы искали принтер, «не привязанный» к производителю, без ограничений в выборе материалов для печати. У наших коллег был печальный опыт, они купили дорогой высокоточный американский принтер, и подходящие материалы (проволоку в картриджах) поставляет только производитель по немалой цене.
Наш бюджет был несколько ограничен и промышленный принтер мы себе позволить не смогли, да и нужды такой не было.
Принтер Raise3D N2 Plus подходил по своим характеристикам, мы выбрали его и не ошиблись.
Raise3D N2Plus: плюсы и минусы
- Плюсы: большая площадь печати, два экструдера, точность, удобство, крайняя простота в работе, удобный софт.
Печать двумя материалами одновременно нам не нужна. Но на второй экструдер мы поставили сопло большего диаметра и при необходимости быстрой печати переключаем с основного сопла на 2-ое.
- Существенных минусов нет, из несущественных - не понятная русификация софта.
Наши модели не являются очень фотогеничными. Но все же вот еще несколько фотографий изделий напоследок:
Шайба и уплотнитель прижимные
Разрывные образцы. Красные - PLA, белые - ABS, черные - PETG
Просто танк =)