ENG
Добавить в избранное
Технологии

3D-ткачество — технология для множества отраслей

Возможно ли создать материал с нужными характеристиками? Как уменьшить вес силовой несущей конструкции, не потеряв в прочности? На эти и многие другие вопросы отвечает 3D-ткачество. К сожалению, о появившейся недавно инновационной технологии пока известно далеко не всем российским производителям. Отчасти потому что в России пока мало кто ею владеет. Хотя именно 3D-ткачество открывает заманчивые перспективы в развитии самых разных отраслей промышленности: от судопроизводства до ракетостроения. Облегчить конструкцию, сделать ее более прочной и долговечной — лишь малая часть эффектов, которых позволяет добиться 3D-ткачество.

В чем же заключается технология 3D-ткачества?

Посмотрите на свою одежду. Мы привыкли видеть ткани плоскими: при изготовлении текстиля нити переплетаются лишь в одной горизонтальной плоскости. А теперь представьте, что нити можно переплести не только в ширину и длину, но и в высоту, соединяя две плоскости не только перпендикулярно, но и нитями под любым наклоном.

Такое переплетение позволяет создать очень плотный, объемный, монолитный и прочный тканый материал, который принято называть цельнотканой объемно-армирующей преформой. При этом, используя разные комбинации переплетений, можно создавать перформы не только разной формы, но и с определенными заданными свойствами. То есть сделать в нужном месте тоньше и легче или наоборот — плотнее, где-то изделие может быть жестче, а где-то — гибче. Так можно запрограммировать материал, исходя из производственных задач.

Здесь можно провести аналогию с вязанием. Вспомните, как ваша бабушка с помощью двух спиц превращала клубок пряжи в предметы разной формы с разными свойствами и практически любого назначения: от теплых шерстяных носков и варежек до игрушек, сумочек и ажурных салфеток для кофейного столика. Также и 3D-ткачество позволяет создавать материалы с любыми свойствами для решения самых разных задач. Для изготовления таких тканей используют синтетические нити, например стекловолокно или углеволокно, которые отличаются высокой прочностью и легкостью. Объемные ткани пропитывают связующим материалом, после чего готовый композит проходит механическую обработку — и полученное изделие готово к применению.

Где использовать?

Первоначально область использования композиционных материалов с пространственным расположением армирующих волокон ограничивалась тепловой защитой космических и летательных аппаратов, так как именно в условиях высокоскоростного нестационарного температурного нагружения наиболее велика опасность расслоения слоистых конструкций, возникающая вследствие различных технологических макродефектов. Сегодня технологию 3D-ткачества используют в самых разных отраслях промышленности: строительство, судопроизводство, автомобилестроение, производство летательных аппаратов и многих других. Материалы идеально подходят для снижения веса конструкций, например летательных аппаратов или автомобилей.

Преимущества перед традиционными композитами

Расслоение — пожалуй, самый главный недостаток традиционных композитов. Но технология 3D-ткачества позволяет его полностью устранить. Наличие армирующих волокон в третьем направлении препятствует распространению микротрещин, появляющихся в местах дефектов. Поэтому, в отличии от композитов, произведенных традиционным способом, трехмерные ткани не подвержены расслоению. Они изготавливаются автоматизировано в ходе всего одной технологической операции, что также исключает возможность расслоения. Процент соотношения ниток и их направленность в системе задаются заранее. При изготовлении 3D-тканей ручной труд не используется! Весь процесс автоматизирован, что позволяет не только избежать ошибок и повысить качество, но и снизить себестоимость конечного изделия.

Стоит отметить, что 3D-ткачество позволяет создавать новые уникальные виды материалов. С помощью распределения нитей можно регулировать толщину и свойства материала, задавая ему именно те качества, которые необходимы для решения конкретной производственной задачи. Технология позволяет изготавливать не только 3D-ткани, но и объемные преформы. Их производят на ЧПУ-станках, программируя элементы внутри конструкции. Создание изделий сложной формы также осуществляется роботом, а не человеком. Исключая ручной труд из процесса, удается добиться стабильно высокого качества изделий. Это значит, тысячное изделие будет таким же качественным, как первое.

Детали, изготовленные по технологии 3D-ткачества, используются передовыми высокотехнологичными предприятиями мира. За рубежом трехмерные ткани активно применяют в машиностроении, производстве спутников и космических аппаратов, самолетов, гоночных автомобилей, судостроительстве. В пример можно привести одну французскую авиастроительную компанию — «Сафран». Предприятие использует технологию 3D-ткачества, чтобы создавать более экологичные летательные аппараты. По данным компании, облегчая конструкцию за счет тканных элементов, удается на 15% снизить расход топлива и, соответственно, углеродные выбросы.

Однако аналогичные российские предприятия с инновационной технологией пока почти не знакомы. Почему же прорывные инженерные разработки не применяются в отечественной промышленности? Импортировать материалы из-за рубежа — дорого, а в России предприятий, способных работать с технологией 3D-ткачества, сегодня крайне мало. В целом российский рынок композитных материалов на сегодня составляет менее 1% мирового. Стоит ли говорить, что предприятия, знакомые с инновационной технологией 3D-ткачества, можно пересчитать по пальцам одной руки. Более того, производство трехмерных тканых материалов и изделий требует тщательного предварительного анализа и расчетов высококвалифицированными кадрами. Прежде чем деталь отправят в производство, проводится целое научное исследование, которое позволяет с высокой точностью запрограммировать свойства будущей детали так, чтобы они полностью отвечали производственной задаче и самым высоким требованиям по качеству.

3D-ткачество в России

Нам все же удалось найти в России специалистов, которые работают с инновационной технологией 3D-ткачества. Это компания Carbontex — научно-производственное предприятие, которое изготавливает армированные преформы на основе тканых каркасов. Их детали используют крупнейшие российские производители авиационной и космической техники, судостроительные, машиностроительные, нефтегазовые компании и другие предприятия. Нам удалось заглянуть на производство Carbontex и своими глазами увидеть, как изготавливают инновационные материалы по технологии 3D-ткачества.

На заготовительном участке осуществляются крутка, трощение и перемотка нитей с необходимым соотношением и комбинацией. Затем производится установка бобин с нитями на специализированную оснастку — шпулярник. Непосредственно изготовление тканых каркасов выполняется на автоматизированном ткацком комплексе собственной разработки компании Carbontex. Оборудование позволяет менять геометрические параметры тканого каркаса по ширине, высоте, а также получать сложную геометрическую форму. На участке пропитки и формования готовый тканый каркас укладывается в оснастку — и выполняется заполнение связующим с последующим отверждением и нагревом в печи. Композит подвергается механической обработке на высокоточных обрабатывающих комплексах. Готовые изделия обладают высокой прочностью и сохраняют механические характеристики на протяжении всего срока службы, даже при химическом воздействии. Таким образом Carbontex производит готовые композитные изделия либо преформы, из которых клиенты уже сами изготавливают конечные детали.

Компания Carbontex — сравнительно молодое предприятие на российском рынке, однако уже довольно востребованное. Это говорит о том, что спрос на композитные материалы и технологию 3D-ткачества в России есть, и он должен только расти. Ведь сегодня, когда появляются производства композитов высочайшего уровня в России, инновационные материалы становятся доступнее для отечественных предприятий, а главное — выгоднее. Они позволяют не только повысить качество продукции, но снизить производственные затраты и оптимизировать производство.

Автор: Виктория Арефьева

Подписывайтесь на канал «Инвест-Форсайта» в «Яндекс.Дзене»

Вам понравился этот текст? Вы можете поддержать наше издание, купив пакет информационных услуг
Загрузка...
Предыдущая статьяСледующая статья