Технологический прорыв: легкие и прочные конструкции из сплавов с помощью 3D-печати

Топологическая оптимизация – это современный метод проектирования деталей, который позволяет создавать конструкции с минимальной массой с сохранением высокой прочности и жесткости. Инженеры черпают вдохновение в природе. Структура скелета, ветви деревьев, стебли растений, их корневые системы – все это природные инженерные шедевры, выработанные эволюцией.

Детали, полученные методом топологической оптимизации, уже летают в авиации, в космосе, ездят по земле.

 А сегодня мы здесь реализуем крупногабаритное литье очень тонкостенных деталей.

В качестве примера в проекте под основу был взят обычный робот-тележка общего назначения. Задача сотрудников МГТУ заключалась в проектировании такой  несущей системы, которая выдержала бы все нагрузки, используя метод топологической оптимизации. Получить такую конструкцию с помощью литья и оценить ее жесткость, прочность и вес. В данной работе от МГТУ приняли участие 4 человека, из которых 1 – доктор наук и 3 кандидата технических наук.

Литейная форма состояла из 176 напечатанных на 3D принтере стержней. Стержневой пакет проектировался так, чтоб собрать конструкцию «по кирпичикам». Части формы должны были сойтись с высокой точностью. Также в литейной форме было 156 «холодильников» ( металлические элементы, обеспечивающие направление кристаллизации для ее ускорения) и около 40 изотермических вставок (элементы, замедляющие кристаллизацию). С помощью вышеописанных элементов, мы получим направленную (снизу вверх) кристаллизацию отливки, которая обеспечивает максимально высокие  механические свойства готовому изделию.

Печать заняла около 3 суток. Были загружены 3 целых бункера (бункер – рабочее пространство 3D принтера). В случае необходимости печати крупногабаритных изделий, мы печатаем их в несколько подходов, после чего собираем целую форму как конструктор.

Итак, был открыт марафон. Литейная форма собиралась 14 часов. В сборке приняли участие несколько сотрудников МГТУ им. Баумана, разработчики данной конструкции и литейной технологии, в качестве помощников выступили сотрудники АО «Литмашдеталь» и 3D-fab(мы). Работа такого масштаба выполнялась впервые. Не было никакой уверенности в достижимости результата.

Результатом этих трудов стала уникальная топологически оптимизированная алюминиевая  рама квадроцикла. Этот проект уникален, и его успех открывает огромные перспективы для применения подобных технологий.

В настоящее время сотрудники МГТУ им. Баумана работают над модернизацией существующего проекта. Цель состоит в том, чтобы сделать детали более легкими. Для этого было решено создать пустотелую отливку. Проект находится на стадии экспериментальной разработки.

Традиционный способ литья не может дать такой оснастки, с помощью которой эту задумку можно было бы воплотить. Причиной тому являются масштабы конструкции и ее топологическая невероятно сложная форма.

Наша аддитивная технология 3D-печати:

• Позволяет напечатать форму любых масштабов, благодаря технике сбора единой формы из множества частей;
• Имеет широкий спектр возможностей благодаря высокой точности печати до 0,4 мм., что позволяет напечатать любую форму для изделия;
• Демонстрирует высокую скорость реализации проектов – форма готова уже через сутки.

Аддитивные технологии помогают осуществлять самые смелые инженерные задумки и решения. Мы динамично развиваемся, тесно сотрудничаем с наукой, готовы к новому опыту, и делаем то, чего никто до нас не делал. И уверены, что наши достижения – еще не предел.