Мир технологий аддитивного производства ожидает от изготовителей печей для термообработки иного подхода, поскольку технология 3D-печати развивается невероятно быстро, и конструкция печей должна успевать за этим развитием.
Нельзя допустить, чтобы оборудование для термообработки было «слабым звеном» в производственном процессе.
Аддитивное производство из металлических материалов – это одна из десяти ключевых тенденций.
Аддитивное производство из металлических материалов (Additive manufaturing, AM), которое, согласно исследовательской компании Gartner, дает «возможность создания физического объекта на основании закодированного цифровым образом проекта путем наращивания материала в процессе 3D-печати», стало одной из десяти стратегических тенденций в области технологий в производственных отраслях промышленности. Причина этого очень проста: намного проще и быстрее самостоятельно «напечатать» необходимые детали вместо того, чтобы ожидать их поставки. Концепция 3D-печати насчитывает уже около 30 лет, а оборонная и авиакосмическая отрасли промышленности стали первыми отраслями, которые проявили интерес к потенциалу этой технологии. Прошли годы, и, по данным исследовательской и консалтинговой компании Grand View Research, а также согласно подготовленному компанией Отчету, посвященному анализу тенденций, оборонная, авиакосмическая и медицинская отрасли продолжают оставаться наиболее обещающими областями для развития технологии аддитивного производства из металлических материалов. В последние годы к числу этих отраслей также присоединилось автомобилестроение, а все благодаря развитию нового направления, связанного с альтернативными видами топлива и ограничением массы транспортного средства, что является основной целью при разработке автомобилей новой генерации. По данным журнала Forbes, в 2019 г. 3D-печать в производственном процессе использует 51% предприятий, а 80% утверждает, что эта технология позволяет им быстрее развивать инновации. Представленные на сайте Markets & Markets данные относительно этой технологии подтверждают ожидания, что стоимость глобального рынка 3D-печати составит около 35 млрд долларов США в 2024 году. Для сравнения в 2018 году стоимость этого рынка составляла «только» 9,9 млрд долларов США. И хотя перспективы, несомненно, выглядят обещающе, следовало бы проанализировать будущие потребности промышленности с точки зрения возможно наивысшего качества и прочности, поскольку печать металлических деталей – это лишь первый шаг во всем производственном процессе.
Термообработка в центре внимания
Вместе с развитием технологии 3D-печати производственные предприятия продолжают искать технологические возможности, позволяющие усовершенствовать качество продукта, изготавливаемого посредством печати, что, в частности, связано со спецификой отраслей, заинтересованных производством сложных металлических деталей с великолепными механическими свойствами. Лишь совсем недавно отрасль технологии 3D-печати обратила внимание на процессы термообработки. С точки зрения эффективности, скорости и затрат производственного процесса появляется все больше данных, свидетельствующих о значении, потенциале и влиянии, которое печь для термообработки оказывает на технологию аддитивного производства, что позволяет совершенно по-новому рассмотреть значение процессов термообработки. Несколько лет назад наличие одного 3D-принтера для печати металлом считалось огромным достижением. Согласно «Анкете, посвященной послепечатной обработке изделий», опубликованной компанией Post Process, сегодня более 50% пользователей 3D-принтеров располагает двумя или тремя различными типами технологий. 33% использует на своих предприятиях четыре или более типов принтеров. Однако, кроме финансовой доступности, технология также должна поставлять продукты наивысшего качества как при быстром создании прототипов, так и при массовом производстве. Именно поэтому недостатки одной технологии должны компенсироваться преимуществами другой, а печи находятся где-то посредине.
Прочность цепи определяется прочностью ее самого слабого звена
Считается, что 3D-печать может облегчить развитие продуктов практически в любой существующей отрасли промышленности. Учитывая факт, что простой печи недостаточно, чтобы удовлетворить потребности и требования современной 3D-печати, возникает вопрос, какая печь может справиться к поставленной задачей. Например, Группа SECO/WARWICK – компания, называемая одним из лидеров в отрасли термообработки, несколько лет назад занялась поиском решений для аддитивного производства из металлических материалов. По словам исполнительный директор Группы SECO/WARWICK Славомир Возьняк (Sławomir Woźniak): „Предприятие постоянно ведет поиск решений, которые будут отвечать текущим и будущим потребностям заказчиков, и технология аддитивного производства из металлических материалов не является исключением.” Сфера 3D-печати в течение длительного времени не придавала термообработке должного значения, однако все бóльшее число пользователей начинает осознавать значение решений в области термообработки для продолжительности и стоимости процесса печати. Технологии 3D-печати, включая лазерную печать и печать связующим веществом (binder jetting), имеют все характеристики, столь необходимые в промышленности. И хотя более популярной является лазерная технология печати, можно наблюдать рост заинтересованности промышленности деталями, напечатанными посредством склеивания порошка связующим веществом (зеленая часть). И все же окончательный эффект «отстает» от монолитной металлической детали. Какое же место в вышеперечисленных технологиях занимает печь? Независимо от того, использует ли производитель лазерный принтер с высоким разрешением или быстрое и точное решение типа binder jetting, процессы термообработки влияют на окончательные параметры детали. Например, поскольку технология binder jetting требует спекания, появляется необходимость удаления связующего вещества. После его удаления деталь помещается в печь, где она подвергается изменениям согласно соответствующей рецептуре процесса спекания. Однако, если связующее вещество составляет около 2% «напечатанной» детали, его удаление – благодаря инновационным решениям – становится избыточным. Печи, оснащенные соответствующей технологией и рецептурами, способны удалить связующее вещество и немедленно приступить к спеканию. В случае деталей, «напечатанных» лазерным методом, печи для термообработки используются для отпуска и отжига с целью достижения возможно наивысшего качества и однородности материала.
Решения такого типа позволяют получить цельную металлическую деталь, параметры которой сопоставимы с отливной деталью.
Разные потребности. Одна задача.
Благодаря своим размерам лабораторные печи идеально подходят для производства малых партий изделий и научно-исследовательских целей. Но тут появляется потребность в печах для среднего и крупносерийного производства. Славомир Возьняк уточняет: «В некоторых отраслях печать занимает меньше времени, чем термообработка, и по этой причине размеры печи должны четко соответствовать планируемым объемам производства. Иногда с целью достижения окончательных характеристик, предъявляемых пользователем к окончательному продукту, требуется провести последующую обработку «напечатанной» детали. Обслуживание «зеленых частей» – это лишь один из многочисленных аспектов, требующих решения. Сегодня ведется широкая дискуссия по вопросам сертификации и стандартизации «напечатанных» деталей, а возможность проведения различных процессов внутри фирмы – это всегда ценное преимущество».
Авиакосмическая, медицинская и автомобилестроительная отрасли являются основной группой потребителей 3D-принтеров, и в то же время они используют прежде всего специальные стали и жаропрочные сплавы. Преимущества термообработки таких деталей в вакуумных печах уже известны. Такие печи обеспечивают полный контроль за ходом процесса, что непосредственно влияет на такие аспекты, как деформация и усадка. По этой причине печи являются отличным решением для всех технологий, основанных на использовании связующего вещества.
Быть впереди.
Сегодня вакуумные печи для термообработки считаются наиболее комплексным решением, отвечающим потребностям 3D-печати, а ведь потребности этой отрасли могут значительно отличаться. Например, одна технология может требовать процесса спекания, а другая — отпуска. Именно по этой причине, принимая во внимание будущие цели производителей (а именно, стандартизация печи, массовое производство или постоянное поступление заказов), капиталовложения в соответствующую промышленную печь позволят избежать большинства трудностей еще до их возникновения.
В действительности, предприятия не перестают вести поиск решений, отвечающих их конкретным потребностям, и поэтому все больше клиентов из сферы 3D-печати металлом склоняется к выбору решений в области термообработки и Группы SECO/WARWICK.
