3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

Происхождение: http://top3dshop.ru/

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

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

Свойства

Конструкционные пластики — полимерные материалы с такими физико-химическими свойствами, не хуже кого жаростойкость, устойчивость к химически агрессивным средам, повышенная прочность. Эти свойства позволяют пускать в ход их в в автопроме и машиностроении,

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

Филаменты с поликарбонатом

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

ABS/PC

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

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

Характеристики:

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

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

Филаменты бери основе полиамида

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

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

Свойства полиамидов:

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

Арашан: http://top3dshop.ru/

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

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

Переходим к самому интересному

Быть у дел 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, так есть, нужно специальное оборудование для печати высокотемпературными пластиками. Исключения бывают — примем, в NASA, ради эксперимента, модернизировали популярный в США Lulzbot TAZ для работы с высокотемпературными филаментами.

Полиэфирэфиркетон, PEEK

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

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

Характеристики:

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

Рабочая ликвидус изделий из PEEK достигает 250 град C, возможен кратковременный нагрев по 300 — показатели для армированных филаментов. Недостатков у PEEK два: высокая важность и умеренная ударопрочность. Остальное — плюсы. Пластик самозатухающий, термостойкий, химически инертный. С PEEK производятся стойкие к истиранию детали.

Полиэфиримид, PEI

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

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

Характеристики:

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

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

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

Полифенилсульфон, PPSF/PPSU

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

Получи и распишись иллюстрации: Полифенилсульфон используется в производстве разведывательных беспилотников.Источник: http://top3dshop.ru/

Характеристики:

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

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

Полисульфон, PSU

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

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

Характеристики:

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

Не в такой степени распространен по сравнению с PPSU, обладает схожими физическими характеристиками, химически бездейственный, самозатухающий. Рабочая температура — 175 град C, до 33% дешевле по сравнению с PPSU.

Металлы

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

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

3D-печать конструкционными пластиками и металлами в военной промышленности

Гейзер: http://top3dshop.ru/

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

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

Применение

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

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

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

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

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

Оборудование

Для работы с инженерными пластиками печатающее устройство должен обладать высокотемпературным экструдером. Здесь можно выделить два класса оборудования. Вениамин — до 300 град C, этого достаточно для модификаций ABS, поликарбоната и полиамидов. Старший — за пределами 300 град C. Для PEEK или Ultem нужно порядка 400.

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

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

Дело хозяйское наш 3D-влог о цифровом производстве на YouTube и подписывайтесь, чтобы не прохлопать другие интересные видео.

Intamsys

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

Характеристики:

  • Рабочая обезьянник: 260 x 260 x 260 мм;
  • Толщина слоя: от 50 мкм;
  • Поперечник сопла: 0.4 мм;
  • FUNMAT: температура экструдера до 280 град C, стола — после 150 град C;
  • FUNMAT HT: температура экструдера до 450 град C, стола — раньше 160 град C.

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

Intamsys FUNMAT PRO, FUNMAT PRO HT

Характеристики:

  • Рабочая камера: 450 х 450 х 600 мм;
  • Дородность слоя: от 50 мкм;
  • Диаметр сопла: 0.4 мм;
  • FUNMAT PRO: жар экструдера до 280 град C, стола — до 150 град C, камеры — после 60 град C;
  • FUNMAT PRO HT: температура экструдера до 450 град C, стола — задолго. Ant. с 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 динамично применяют объемную печать как специальными конструктивными пластиками, так и металлами. Еще нельзя себе представить современное военное производство без аддитивных технологий и других элементов цифрового производства. Приложение последних достижений техники всегда обеспечивало превосходство в военной силе и защитном потенциале стран таблица, и второе десятилетие XXI века не стало исключением.

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

Во (избежание модернизации своего производства и подбора необходимого оборудования обращайтесь в Top 3D Shop.

vpk.name