Решение многих важнейших проблем современной промышленности, инновации для современного индустриального развития – это интегрирование быстро развивающихся прорывных информационных и операционных технологий, другими словами – создание «умного» производства, или завода будущего.
Научно-производственное предприятие «ЭПОС-Инжиниринг», последовательно развивая сферу многофункционального комплексного инжиниринга, осуществило воплощение радикально смелых идей – создание полного технологического цикла Отечественного цифрового производства металлических и керамических изделий, интерметаллических соединений по аддитивным технологиям, на основе собственного индустриального производства АМ-машин (аддитивных машин), включая 3D-принтеры, и порошковых материалов для них. Значительную роль сыграла интеграция в решении проблем среди участников «Металлурго – машиностроительного кластера», кооперация участников кластера.
Обеспечен выпуск опытных образцов товарной продукции: комплексное оборудование по производству порошков: атомизатор, рис.1, система транспортировки, классификации, система подготовки порошков, система вторичной переработки и подготовки для аддитивных технологий, а так же
Рис. 1 Плазменный атомизатор для производства аддитивных порошков и плазменная система для генерации плазмы.
высококачественные аддитивные порошки, рис.2, АМ-машины, включая 3D-принтеры по металлу и керамике, аппаратно-программные системы аддитивного формообразования, готовые изделия аддитивного производства. Образцы материалов представлены на рис. 2.
Рис. 2 Аддитивный порошок стали 12Х18Н10Т.
Для производства обозначенной товарной продукции создан лабораторно-производственный комплекс по аддитивным цифровым технологиям, в концепции FabLab (названной « 3-D FabLab по металлу», рис.3.
Рис. 3. Реализованный Лабораторно-производственный комплекс по аддитивным технологиям в машиностроении в концепции Fab lab (3D Fab lab по металлу): 3D принтер ММК.1, установка для производства металлических порошков, микроскоп металлографический Альтами MET 5C, виброгрохот ВП-30, ванна ультразвуковая ГРАД 440-35, анализатор ситовой Fritsch Analysette 3, бокс перчаточный герметичный и другое специализированное оборудование.
Комплекс с цифровым управлением (как элемент цифрового производства) предназначен для получения порошковых материалов с регламентным обеспечением требований аддитивного производства, их обработки и кондиционирования и изготовления сложно-профильных деталей на 3D-принтере ММК- 1, ММК-2 (рис. 4) методом селективного лазерного спекания/сплавления, в рамках сопровождения процесса обучения и изготовления деталей по заданию заказчиков.
Рис.4. 3D принтер по металлу
Комплекс Fab lab (3D Fab lab по металлу), (рис.5), представляет собой мобильный компактный модуль, выполненный в транспортном варианте или для стационарной установки, который собирается у Производителя, доставляется Потребителю в виде помещения (комнаты-бокса), оснащенного сразу полным набором оборудования (см. фото) и снабженный всеми системами обеспечения (вода, газоудаление и газоочистка, энергоснабжение, вентиляция, освещение и отопление.
Бокс можно установить в любом цехе и вне его, на транспортное средство, поднять и переместить при необходимости в место дислокации.
В боксе установлено оборудование по производству и последующей подготовки аддитивных порошков, 3D-принтер ММК-2 для печати указанными порошками, оборудование проверки качества готовой детали и регенерации порошков.
Таким образом, в едином модуле комплектно собран «мини-завод», самодостаточный для производства различных изделий из различных металлических и керамических материалов.
Рис. 5. Макет комплекса «3-D FabLab по металлу»
За основной рабочий объем для осуществления спекания приняты вакуумные камеры. Предприятие имеет огромный опыт создания вакуумных камер, от долей литра – до многих кубометров. Возможные варианты исполнения камер приведены на рис.6. Вакуумные камеры, используемые в составе разнохарактерных сложных систем для аддитивных и цифровых технологий, унифицированы по типам и характеристикам агрегатов. Основные варианты камер – камеры большого объема, более 1000 л, рассчитанные на средний вакуум от 10-3 до 10-6 торр, средние камеры, от 100 до 1000 л, рассчитанные для условий от низкого до сверхнизкого вакуума – до 10-11 торр, и малогабаритные камеры, рассчитанные на давление от 100 до 10-11 торр. При использовании защитной (и другой заданной) атмосферы камеры снабжены системами управления натеканием и циркуляции. Аппаратно возможно обеспечение рециркуляции газа с управлением величиной остаточного давления. Имеется так же опыт создания камер с защитной и агрессивной средой до 40 атмосфер.
Геометрия и форма камеры для аддитивных технологий может быть различной, от сферической до прямоугольной, например, вытянутой в виде «колпака», коленчатая, оснащенная водяным охлаждением, азотными крио-панелями, экранными нагревателями, окнами ввода элементов оснастки и измерительной аппаратуры, все системы работающего оборудования – управляемые в цифровом формате.
Рис. 6. Виды исполнения камер, различные вакуумные системы, разрабатываемых «ЭПОС-Инжиниринг» для реализации технологии работы с порошками.
Кроме основного функционального назначения вакуумных камер, как рабочего пространства при проведении в объеме процессов спекания/сплавления при различных тепловых источниках – лазерного, электронного потока и др., возможно их использование для последующих операций – коррекция размеров сформированного изделия для повышения точности размеров, например, по режиму лазерной абляции, кроме того, камера может быть снабжена энергетическими (ионными или плазменными) источниками для обеспечения удаления оксидных пленок или адсорбированных «вредных» газов с поверхности, активации порошков, которые спекаются/сплавляются.
Такой интегрированный участок в концепции «3D FabLab» по своему потенциалу вполне способен заменять целые предприятия, оснащенные высококвалифицированными специалистами (на обучение и оплату которых необходимо затратить значительные дополнительные средства). При этом сам такой «мини-завод» требует совсем небольшого количества специалистов (в сравнении с существующими- в пропорции примерно 1 к 20-25работающим). Более того, брак в производственном процессе по причине человеческого фактора здесь можно исключить полностью! Принимая во внимание компактность и мобильность, в десятки и сотни раз снижаются расходы на содержание площадей, отсутствуют затрат на социальные нужды, ряд прочих статей затрат и прочие накладные расходы, эксплуатация подобных участков представляется крайне выгодной с экономической точки зрения.
Программное обеспечение, используемое для данной линейки оборудования, также разработано «ЭПОС-Инжиниринг» совместно с НГТУ, члена «Сибирского металлурго-машиностроительного кластера цифровых аддитивных технологий и производств», имеет дружественный интерфейс и может использоваться без долгого дополнительного обучения.
Кластер берёт на себя подготовку кадров для дальнейшего внедрения данного оборудования в промышленные производства, на базе входящих в него ВУЗов.
Преимуществом предлагаемого решения является не только само оборудование и материалы, превосходящие по целому ряду параметров зарубежные аналоги, но также и то, что вся линейка аппаратов, и комплекс «3D Fab Lab по металлу» в целом, могут быть легко адаптированы под условия работы и нужды конкретных производств, имеющих совершенно различные условия для работы, а также ставящие перед собой совершенно разные задачи по производству сложных изделий.
Аддитивными технологиями сфера интересов компании «ЭПОС-Инжиниринг» не ограничивается. С 1992 года, в течение 26 лет мы развиваемся и специализируемся в области проектирования, изготовления, в первую очередь – электротермического оборудования, вакуумно-плазменных электротехнологий, а также предлагаем качественные услуги и разработку новых технологий в сфере металлургии, литейных производств, вакуумного оборудования: камеры, установки нанесения покрытий, оборудование для термо- исследований, технологические источники и оснастку и др.
Отдельно стоит упомянуть плазменные системы, плазменно-вакуумные технологии, а также уникальные, не имеющие аналогов стенды различного назначения для атомной промышленности, нефтедобычи и проч.
Для своих заказчиков ЭПОС-Инжиниринг квалифицированно поддерживает планы развития производств и/или их модернизации: выполняет проекты цехов, предприятий, выбирает, проектирует и изготавливает необходимое оборудование, обеспечивает авторский надзор, монтирует и запускает оборудование, отрабатывает технологию, обеспечивая партнёрам весомое конкурентное технологическое и инновационное преимущество.
Имеется более 120 патентов по технологиям и оборудованию, свыше 460 публикаций. Предприятие решает технические задачи максимальной сложности в самых передовых областях техники, реализует прорывные технологии на предприятиях России и за рубежом.
Предприятие отмечено большим количеством наград: свыше 20 золотых и серебряных медалей и наград Международных выставок и ярмарок Сеула, Парижа, Женевы, Касабланки 2008-2018 годов за создание новейших образцов оборудования и технологий, звание «Лучшее малое предприятие в сфере промышленного производства и инновационной деятельности» присвоено в 2008-2018 годах (ежегодно), награды ТПП «Золотой меркурий», среди них – решением ТПП России ЭПОС-Инжиниринг признано «Лучшим малым предприятием в сфере инновационной деятельности России 2016 года».
И.А. Безруков, В.Н.Филимоненко
