Как печатать запасные и сменные детали на 3D-принтере

Как печатать запасные и сменные детали на 3D-принтере

Запасные и сменные детали критически важны как для производственных предприятий, так и для потребителей, поскольку они устраняют простои оборудования и снижение производительности при необходимости ремонта или восстановления неисправного оборудования. Для обеспечения доступа к критически важным запчастям компаниям приходится поддерживать дорогостоящие запасы на складе и ориентироваться в динамичных цепочках поставок.

Но что произойдет, если поставщик прекратит деятельность или сроки поставок окажутся слишком долгими?

3D-печать запасных и сменных деталей становится все более мощным решением для преодоления сбоев в цепочках поставок и проблем с доступностью запчастей. Современные 3D-принтеры можно использовать для создания чего угодно: от DIY-запчастей клиентами до временных сменных деталей и даже долговечных замен, способных заменить детали, изготовленные традиционными методами. Это позволяет производителям заменить большие складские запасы на производство запчастей по требованию.

В этом руководстве мы описываем шаги по цифровому изготовлению запчастей с помощью аддитивных технологий, помогаем выбрать правильные технологии и показываем реальные примеры.

---

Пошаговое руководство: 3D-печать запасных и сменных деталей

1. Проверка осуществимости
Запасные детали функционируют в рамках системы. Чтобы 3D-печатные запчасти работали правильно, сначала необходимо учесть технические требования к детали: геометрию, предполагаемое использование и механические нагрузки. Рассмотрим некоторые из этих критериев:

• Геометрия: 3D-принтеры предлагают почти безграничную свободу проектирования, поэтому высока вероятность, что всё, изготовленное традиционными методами, также можно напечатать. Могут потребоваться некоторые корректировки дизайна для оптимизации по стоимости, скорости или прочности.

• Размер: Деталь должна помещаться в область построения 3D-принтера (обычно около 15-30 см в любом измерении для настольных и портативных машин). Альтернативно — создайте деталь как сборку из нескольких более мелких частей.

• Материал: 3D-принтеры могут заменить большинство пластиковых и даже некоторые металлические детали. Найдите материал, наиболее близкий по свойствам к материалу оригинальной детали.

• Нагрузки: Учитывайте нагрузки и удары, которые должна выдерживать деталь. Для долговечных деталей выбирайте более продвинутые технологии 3D-печати и инженерные материалы.

Даже если 3D-печатная деталь не полностью соответствует всем критериям, она часто может служить временной заменой, чтобы устранить простой оборудования. В таком сценарии используется деталь, обеспечивающая функциональность, но с ограниченным сроком службы, пока не будет доступна долговечная замена.

2. Получение 3D-модели
После подтверждения возможности печати необходимо получить 3D-модель детали. Если деталь предназначена для вашего собственного продукта и была спроектирована в CAD, цифровой файл должен быть доступен. Для стороннего оборудования некоторые производители предоставляют оригинальные CAD-модели запчастей.

Если готового дизайна нет, создайте его самостоятельно в CAD или закажите у дизайн-сервиса. Для простых деталей это можно сделать на основе ручных измерений, но для сложных конструкций мощным решением является реверс-инжиниринг с 3D-сканированием для проектирования и производства копий.

*Реверс-инжиниринг предполагает использование 3D-сканера для получения сетки (меша), необходимой для создания 3D-модели.*

3. Печать запасных деталей
Подготовьте CAD-модель для печати с помощью специального программного обеспечения (слайсера) и отправьте ее на 3D-принтер. Ключевую роль играет выбор правильной технологии и материала — см. следующий раздел с рекомендациями.

3D-печатные детали обычно требуют постобработки: промывки, очистки от порошка, удаления поддержек, дозакучки (для смол) или шлифовки. Затем детали можно использовать напрямую или дополнительно обработать для конкретных применений: сглаживание, покраска, покрытие и т.д.

4. Тестирование и итерация
Готовую деталь необходимо протестировать, чтобы убедиться, что она функционирует как задумано. Если тесты выявят недостатки, 3D-печать позволяет легко итеративно улучшать дизайн для повышения эффективности детали.

Глубина тестирования зависит от применения. Для временных замен достаточно, чтобы деталь просто работала ограниченное время. Но производителям, планирующим использовать 3D-печатные детали как полноценную замену традиционным, следует подвергать новые детали тем же циклам испытаний, что и их предшественников, учитывая специфику 3D-печати (например, разную прочность в зависимости от ориентации печати).

---

Выбор правильной технологии и материала для 3D-печати сменных деталей

3D-печать уже давно повсеместно используется в прототипировании и разработке продуктов. Сейчас эта зрелая технология входит в широкое применение в производстве. Производители уже используют гибкость 3D-печати для создания внутренних инструментов (оснастки, приспособлений) или даже быстрого изготовления пресс-форм.

Новейшие достижения в оборудовании, материалах и ПО открывают возможности для производства высокоточных, функциональных деталей, способных заменить серийные, включая долговечные запчасти.

 

---

Чаще всего 3D-принтеры используются для производства пластиковых деталей (металлические принтеры также доступны, но по существенно более высокой цене). Самые распространенные процессы для пластика: FDM (Fused Deposition Modeling), SLA (Stereolithography) и SLS (Selective Laser Sintering).

Краткое сравнение для запчастей:

Критерий	FDM (Fused Deposition Modeling)	SLA (Stereolithography)	SLS (Selective Laser Sintering)
Точность	★★★★☆	★★★★★	★★★★★
Качество поверхности	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆
Производительность	★★★☆☆	★★★★☆	★★★★★
Сложные конструкции	★★★☆☆	★★★★☆	★★★★★
Простота использования	★★★★★	★★★★★	★★★★☆
Материалы	Стандартные термопласты: ABS, PLA и их смеси.	Широкий ассортимент смол, включая инженерные с улучшенными свойствами (аналоги ABS, PP, гибкие, термостойкие, жесткие).	Инженерные термопласты: Nylon 11, Nylon 12 и их композиты, а также TPU для гибких деталей.
Идеально для	Простые сменные детали. Временные решения.	Простые и сложные сменные детали. Временные решения. Детали, требующие высокой детализации и гладкой поверхности.	Простые и сложные сменные детали. Временные решения. Прочные, стабильные и долговечные детали конечного использования.

В отличие от традиционных процессов, требующих дорогого оборудования и специалистов, 3D-печать позволяет организовать внутреннее производство с низкими накладными расходами. Компактные настольные системы для пластика доступны по цене, требуют мало места и минимальных навыков.

Аутсорсинг может быть вариантом для деталей, не требующих срочности, но он часто сопряжен с теми же проблемами, что и складские запасы. Сроки поставки могут составлять недели против менее 24 часов для 3D-печати, что увеличивает риск длительного простоя.

---

Цифровое производство запасных деталей

Цифровизация управления складом запчастей и их производства дает возможность устранить традиционные проблемы: сбои в цепочках поставок, минимальные партии заказа, устаревание деталей.

Создание цифрового склада (хранилища дизайнов запчастей) — экономичный способ снизить затраты на управление запасами. Сочетание такой системы с внутренними цифровыми средствами производства, такими как 3D-печать, поддерживает стратегию производства по требованию, позволяя снижать затраты и сроки, повышать устойчивость и минимизировать простои.

---

Примеры из практики: как компании используют 3D-печать для сменных деталей

Ringbrothers (автомобильный тюнинг):
Используют SLA-печать для создания как прототипов, так и деталей конечного использования для классических автомобилей, включая постоянные монтажные приспособления и литые эмблемы из специальной литейной смолы.

Ashley Furniture (мебельное производство):
Используют 700+ 3D-печатных деталей на заводе. Отсканировали и напечатали замену уплотнительному кольцу вакуумного насыха за $1, избежав покупки целого узла за $700 и устранив простой.

 

Productive Plastics (термоформование):
При поломке крыльчатки вентилятора на термоформовочной машине (срок поставки новой — 6-8 недель) напечатали временную замену на SLS-принтере за ночь из нейлона. Деталь без поддержек немедленно встала на место, позволив возобновить работу цеха на следующий день. Это предотвратило потерю более 1200 деталей и $30 000 выручки.

Исследователи AMRC и STS Technical Group (робототехника):
3D-печать позволила быстро создавать итерации нестандартных захватов для роботов с пружинящими элементами сложной формы, недоступными для традиционного производства. Полимерные захваты также снизили риск повреждения поверхностей деталей и улучшили точность.

 

A&M Tool and Design (машиностроительный цех):
Когда муфта для полировального станка линз прибыла не того размера за два дня до выставки, инженер быстро спроектировал и напечатал на SLA-принтере правильную замену из прочной смолы. Эта деталь использовалась для привода двигателя мощностью 2 л.с.

---

Законна ли 3D-печать сменных деталей?

В целом — да, но это зависит от конкретного случая.

Реверс-инжиниринг, как правило, законен. Производители могут печатать запчасти по собственным внутренним разработкам, не нарушая закон о коммерческой тайне.

Если производитель намерен печатать запчасти для коммерческих целей (перепродажи), он может нести ответственность в соответствии с применимым законодательством и может иметь обязательства по поставке дизайнов или товаров, соответствующих определенным требованиям безопасности и качества по контрактам.

Подробное исследование правительства Великобритании по юридическим требованиям и ответственности, связанной с 3D-печатью запчастей, дает отличное представление о законности процесса. Исследование рассматривало производство в США, Великобритании, ЕС, Канаде, Японии и Китае.