Аддитивные технологии как инструмент для обратного инжиниринга

Реверс-инжиниринг или обратный инжиниринг и 3D‑технологии в последние годы стали для производителей одним из подручных незаменимых наборов. В частности, к аддитивным технологиям нередко прибегают в авиакосмической отрасли и точном машиностроении. А как иначе? Ведь копиров промышленного масштаба ещё не изобрели, а недоступные теперь сложные детали для станков и техники крайне необходимы.

Как аддитивные технологии стали «палочкой-выручалочкой» в рамках импортозамещения? Насколько индустрия готова к тому, чтобы реализовать задачи реверс-инжиниринга в промышленности? Как предприятия копируют сверхсложные детали, используя 3D-сканеры? Об этом рассказываем далее в статье. 

Отрасль стремится вперёд

К счастью, ещё молодая, но востребованная аддитивная отрасль в России наращивает обороты. Так, согласно анализу Ассоциации развития аддитивных технологий, рынок 3D-печати в ближайшие годы ждёт четырёхкратный рост. Говоря о таких возможностях рынка, эксперты исходили из того, что каждый год сфера увеличивается примерно на 20%. Такими темпами к 2030 году её оборот может достичь 23 млрд рублей.

Прогнозы можно подкрепить реальными фактами об открытии предприятия по выпуску комплектующих для печати металлами, а также Центра аддитивных технологий, где производства могут пользоваться принтерами в своих целях.

По словам директора по стратегическому планированию компании iQB Technologies Андрея Трофимова, представители отечественной 3D-индустрии пока уступают, например, европейским или китайским аддитивщикам. Однако на российском рынке уже можно найти более сложные продукты, нежели были ещё пару лет назад. Речь идёт как об SLM-технологии (селективное лазерное плавление металла), так и о DMLS (прямое лазерное спекание металлов).

В качестве примера эксперт привёл продукт, разработанный Институтом лазерных и сварочных технологий из Санкт-Петербурга и компанией «Русатом — Аддитивные технологии» — крупноформатную установку с двумя роботами «ИЛИСТ‑2XL» на базе метода гетерофазной лазерной порошковой металлургии.

Одно дело — специалисты, чьи навыки в аддитивной сфере нарабатывались годами, другое дело — сотрудники предприятий, для которых 3D-печать — исключительно новая технология. Не возникает ли у компаний, решивших обратиться к аддитивке, сложностей с использованием новой техники?

Как заверяют эксперты, далёким от отрасли специалистам действительно сложно освоить работу с 3D‑технологиями, поскольку для эффективного результата недостаточно знать, как включить и выключить машину — тут требуются навыки конструктора.

Г-н Трофимов отмечает, что в настоящее время новое поколение компаний стремится к изучению аддитивного производства, хотя оно не имеет опыта и знаний в этой области. Предприятия, которые ранее осваивали эту тему, прошли путь новаторов и сейчас имеют богатый опыт и понимание технологий. Новички же погружаются в исследование аддитивных процессов с низкого уровня знаний и навыков, не представляя, с чего начать и какие шаги предпринять.

В течение многих лет iQB Technologies занимается технологической евангелизацией — так называет её сам эксперт. Спикер считает, что увеличение числа компаний, принимающих решение об использовании аддитивной технологии, может привести к повышению полезного выхода. Проекты успешного внедрения 3D-технологий на предприятиях уже поспособствовали расширению возможностей производства, улучшению геометрии изделий и достижению позитивного экономического эффекта от перехода на новые технологические процессы.

Реверс-инжиниринг плюс 3D-технологии

Как мы уже отметили в начале статьи, обратный инжиниринг в текущих условиях связан с аддитивным производством красной нитью. В потребности многих предприятий оказалось немало деталей, которые остро необходимы для выпуска продукции, но купить их за рубежом уже не представляется возможным.

Тогда для решения сложных задач в производстве компании прибегают к технологиям обратного инжиниринга, которые включают в себя шаги моделирования, 3D-сканирования и подготовки модели к изготовлению. В зависимости от технологической основы предприятия такой подход может стать спасительным. Если форма изделия не может быть описана стандартными средствами и не соответствует возможностям оборудования на производстве, то использование аддитивных технологий может устранить эту проблему.

Сообразив, что этот способ импортозамещения достаточно эффективный, предприятия стали всё больше обращаться за услугами к компаниям, развивающимся в аддитивной отрасли. Эксперты считают, что эта тенденция будет актуальна ещё несколько лет. Дальше ситуация немного изменится. Одновременно с ростом способностей проектировщиков и расширением круга объектов проектирования ожидается, что задачи, решаемые прямым и обратным проектированием, будут сбалансированы. Вместе с этим компании, специализирующиеся на услугах 3D-сканирования и обратного инжиниринга, также улучшат свои компетенции.

Разные компании сначала определили, нужна ли им аддитивная тематика, а после, в случае, если всё же нужна, решили, в каком объёме и для каких целей. Затем те, кто попробовал, поделились на две группы: с положительным и отрицательным опытом. Это, убеждён эксперт, связано с изменением зрелости спроса.

Так, в числе тех, что увидели перспективы, как правило, оказываются компании, которые активно взаимодействуют с рынком и влияют на его направление. Они уже определились с выбором конкретных решений, материалов и партнёров. Тех, кто столкнулся с негативным опытом, не стоит списывать со счетов. Возможно, они просто не смогли проявить достаточный уровень компетентности на данном этапе, считает г-н Трофимов.

Те же, кто смог обнаружить и прочувствовать преимущества этой интеграции реверс-инжиниринга и аддитивных технологий, уверенно заявляют о её ценности. Так, всё вышесказанное подтверждают слова руководителя «Русатом — Аддитивные Технологии» Ильи Кавелашвили. Он отмечает, что благодаря использованию этих технологий можно создавать современные аналоги оборудования мировых брендов без лишних затрат на промежуточные этапы производства. Очень важным преимуществом является возможность быстрого запуска производства за счёт использования аддитивных решений, которые позволяют упростить технологический процесс и сократить количество необходимых этапов.

Г-н Кавелашвили рассказывает, что самые передовые компании, столкнувшись с простоем оборудования и не устояв в условиях параллельного импорта, обратились к технологиям аддитивного производства. С их применением они начали изготавливать расходные материалы на 3D-принтерах. Вначале это были изделия из резины, затем из пластика, а после этого они приступили и к печати металлических материалов.

Как это работает на самом деле?

Тема не новая ни для нас, ни для наших читателей, и за несколько лет нам посчастливилось не раз пообщаться с представителями этой сферы. Полученная ранее информация от экспертов позволила скомпилировать приближённое к реальности описание процесса обратного инжиниринга с применением аддитивных технологий.

При использовании 3D-сканирования необходимо пройти множество ключевых шагов в рамках многоэтапного рабочего алгоритма. Он начинается с первоначального сканирования и завершается окончательным формированием модели.

Вне зависимости от сложности детали, которую нужно воспроизвести, первым шагом всегда является подготовка проекта. Важно точно определить требования к точности сканирования изделия, а также к тому, насколько оно должно быть детализированным. Отталкиваясь от полученных на этом этапе результатов, специалисты определяют, какой 3D-сканер наиболее подойдёт для решения задачи, а также выставляют на нём максимально точные параметры работы.

Перед началом сканирования подготовку проходит и сама деталь: её очищают от грязи, пыли, краски и любых других покрытий, которые могут помешать сделать точное вычисление её параметров.

В зависимости от размеров и сложности объекта специалисты используют различные типы сканеров: ручной, лазерный или сканер структурированного света. В процессе сканирования устройство фиксирует трёхмерные координаты огромного количества точек, создавая точное облако данных.

Это облако впоследствии обрабатывают с помощью специального программного обеспечения, предназначенного для редактирования точек. Процесс обработки включает в себя устранение шума, потенциальных пропусков и улучшение плотности точечного облака.

Для получения 3D-модели с чёткой геометрической формой и естественной структурой изменённые данные облака точек в ПО для обратного проектирования импортируются. Это позволяет создавать триангуляционную сетку, составленную из соединённых точек.

Следующим этапом является построение CAD-модели. Для достижения максимальной точности эксперты восстанавливают поверхность, определяют края и выполняют другие геометрические действия, необходимые для отражения реального объекта в CAD-модели.

Итак, момент создания копии детали уже близок. Наступает этап 3D-печати. Как правило, этот шаг включает выбор подходящего материала и технологии: FDM, SLA, SLS или другой. Следом специалисты экспортируют модель в формат, подходящий для выбранного 3D-принтера, настраивают параметры печати и запускают процесс создания изделия.  

Финишным этапом является постобработка: шлифовка, покраска, сборка и т. д.

Отметим, что приведённый выше порядок действий в процессе копирования и производства детали с помощью аддитивных технологий — это лишь краткое описание, в котором мы привели основные шаги, не углубляясь в технические подробности.

Важно подчеркнуть, что этому предшествует сложная работа. Успешная интеграция аддитивных технологий требует комплексного подхода, включающего инвестиции в исследования и разработки, образовательные программы и развитие инфраструктуры. В результате сотрудничество между научными учреждениями и промышленностью может стать ключевым фактором в преодолении существующих барьеров и максимизации потенциала аддитивного производства.

Читайте также по теме материалы из журнала Промышленные страницы №4, 2024: «Обратный инжиниринг в промышленности: когда копия важнее оригинала» и «Аддитивные технологии сегодня»