ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (3D-ПЕЧАТИ) В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

APPLICATION OF ADDITIVE TECHNOLOGIES (3D PRINTING) IN MODERN MECHANICAL ENGINEERING

Svyatoslav Mukhanov

student, Department of Transport Engineering and Logistics Systems, Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov,

Kazakhstan, Karaganda

Alexander Taran

student, Department of Transport Engineering and Logistics Systems, Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov,

Kazakhstan, Karaganda

Dmitry Zinenko

student, Department of Transport Engineering and Logistics Systems, Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov,

Kazakhstan, Karaganda

Akbope Karsakova

scientific supervisor, Candidate of Economic Sciences, Associate Professor, Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov,

Kazakhstan, Karaganda

АННОТАЦИЯ

Применение аддитивных технологий (3D-печати) в современном машиностроении.

ABSTRACT

Application of additive technologies (3D printing) in modern mechanical engineering.

Ключевые слова: 3D-печать, технологии, машиностроение.

Keywords: 3D printing, technology, mechanical engineering.

Применение аддитивных технологий, в частности 3D-печати, в современном машиностроении представляет собой революционный шаг в развитии производственных процессов. Эти технологии позволяют создавать изделия путём последовательного наращивания материала, слой за слоем, согласно заранее заданной цифровой модели. Такой подход отличается от традиционных методов обработки, основанных на удалении лишнего материала (например, фрезерование, токарная обработка), и даёт широкий спектр новых возможностей, в том числе в плане дизайна, экономии ресурсов, сокращения времени производства и увеличения функциональности изделий.

Одним из ключевых направлений применения 3D-печати в машиностроении является быстрое прототипирование (rapid prototyping). В процессе проектирования новой детали инженеры часто сталкиваются с необходимостью проверить её форму, размер, пригодность к сборке и взаимодействие с другими узлами конструкции. Раньше на изготовление прототипа уходили недели или даже месяцы, особенно если требовалась специализированная оснастка. С применением аддитивных технологий физический прототип можно получить в течение нескольких часов или дней, что позволяет оперативно внести коррективы в проект и продолжить дальнейшую разработку. Это значительно ускоряет весь жизненный цикл изделия — от идеи до серийного производства.

Особое внимание следует уделить конструктивной гибкости, которую дают аддитивные технологии. Стандартные методы обработки ограничены возможностями инструмента, углами наклона, радиусами, необходимостью соблюдать допуски и отводить стружку. С помощью 3D-печати можно создавать детали любой сложности, включая внутренние полости, каналы, пористые структуры и топологически оптимизированные элементы. Например, можно напечатать кронштейн с решётчатой структурой, который будет легче и при этом прочнее цельной металлической заготовки. Это особенно важно в тех отраслях, где каждый грамм веса критичен — в авиации, космической промышленности и гоночном автомобилестроении.

Одним из прорывных направлений стала интеграция нескольких функций в одну деталь. При традиционном подходе множество отдельных компонентов необходимо соединять сваркой, болтами или пайкой. 3D-печать позволяет спроектировать и изготовить единое изделие, в котором будут совмещены разные функции: например, охлаждающие каналы, направляющие потока и крепёжные элементы. Это снижает количество соединений, повышает надёжность и упрощает сборку. [1, с. 30].

Важную роль играет возможность индивидуализации производства. В условиях массового производства подгонка изделия под специфические требования может быть нецелесообразной из-за высокой стоимости переналадки оборудования и производства уникальных оснасток. Однако при использовании 3D-печати можно легко вносить изменения в цифровую модель и изготавливать уникальные изделия по требованию. Это даёт значительное преимущество при производстве запасных частей, особенно к устаревшему оборудованию, для которого уже не выпускаются комплектующие. Деталь можно отсканировать, создать её 3D-модель и напечатать без участия производителя оригинального оборудования.

Материалы, применяемые в 3D-печати для машиностроения, тоже значительно расширились. Помимо полимеров и пластиков, активно применяются металлы и сплавы: титановые, алюминиевые, нержавеющая сталь, кобальт-хром и никелевые сплавы. Металлическая 3D-печать с использованием технологий SLM (селективного лазерного сплавления) и DMLS (прямая лазерная спекание металлов) позволяет изготавливать полнофункциональные детали, готовые к эксплуатации в тяжёлых условиях. Примеры включают турбокомпрессоры, шестерни, корпуса редукторов, крыльчатки насосов и даже элементы гидравлических и пневматических систем.

Отдельно стоит упомянуть применение 3D-печати в производстве оснастки и инструмента. В машиностроении большое значение имеет технологическая оснастка — шаблоны, зажимы, направляющие, приспособления для сварки, мехобработки и сборки. С помощью 3D-принтеров такие изделия можно изготовить быстро, точно и без необходимости длительной переналадки оборудования. Например, можно напечатать зажимное устройство, точно соответствующее форме детали, благодаря чему улучшается точность позиционирования и сокращается время на сборку. Кроме того, такие элементы можно легко модифицировать или заменить при необходимости.

Существенным преимуществом аддитивных технологий является сокращение отходов производства. При традиционных методах обработки изначальная заготовка может терять до 80–90% материала в виде стружки. В аддитивных технологиях материал расходуется гораздо более экономно, поскольку добавляется только в нужные зоны. Это особенно актуально при работе с дорогими и труднообрабатываемыми металлами. Более того, технологии переработки и повторного использования порошков делают 3D-печать более устойчивой с экологической точки зрения.

Также 3D-печать способствует цифровизации производства и развитию концепции «умной фабрики». Производственные линии, использующие цифровые модели, могут быть интегрированы в автоматизированные системы управления и логистики. Это облегчает управление производством, особенно при малых сериях или индивидуальных заказах. Цифровой двойник детали, используемый при проектировании и печати, может сохраняться в базе данных и использоваться при необходимости без необходимости хранения физического склада. [2, с. 24].

Некоторые яркие примеры применения 3D-печати в машиностроении:

• Компания General Electric активно использует 3D-печать для изготовления топливных форсунок авиационных двигателей. Напечатанные детали оказались легче, прочнее и требовали меньше сборочных операций.

• BMW и Audi применяют аддитивные технологии для изготовления сложных деталей прототипов, а также для создания нестандартной оснастки и производственного инструмента.

• Российские предприятия, такие как Объединённая авиастроительная корпорация и ОДК (Объединённая двигателестроительная корпорация), внедряют 3D-печать для изготовления компонентов авиационных двигателей и газотурбинных установок.

Несмотря на очевидные преимущества, существуют и определённые ограничения. Среди них — высокая стоимость оборудования для металлической печати, ограниченная скорость производства при серийном выпуске, требования к качеству порошков и необходимости постобработки (например, термическая обработка, удаление поддержек, мех. обработка). Однако развитие технологий, снижение стоимости оборудования и стандартизация процессов постепенно делают 3D-печать всё более доступной и универсальной.

В заключение можно сказать, что применение аддитивных технологий в машиностроении — это не просто модный тренд, а стратегически важный инструмент, меняющий подход к проектированию, производству и обслуживанию техники. Благодаря возможности быстрой адаптации, высокой точности, экономии материалов и времени, 3D-печать становится незаменимой частью современного производственного процесса. В ближайшие годы можно ожидать ещё большего внедрения этих технологий в промышленные процессы, включая интеграцию с искусственным интеллектом, роботизированными системами и интернетом вещей, что окончательно переведёт машиностроение на качественно новый уровень. [3, с. 12].

Список литературы:

1. Гусев А.Е., Сафронов В.В. Аддитивные технологии в машиностроении. — М.: Машиностроение, 2021. — 304 с.
2. Кузнецов М.В. Технологии 3D-печати: принципы, материалы, оборудование. — СПб.: Питер, 2020. — 272 с.
3. Gibson I., Rosen D.W., Stucker B. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. — Springer, 2021. — 512 p.