Идея разработки такой системы около пяти лет назад пришла в голову Дмитрию Шатагину, к.т.н., доценту кафедры «Технология и оборудование машиностроения». Этой темой молодой исследователь при поддержке профессора кафедры, доктора технических наук и заслуженного деятеля науки и техники РФ Юрия Кабалдина занимался с момента поступления в аспирантуру, сосредоточившись на металлорежущих станках. Правда, с одной оговоркой: ключевой акцент в исследованиях делался на внедрении интеллектуальных систем диагностики и управления механической обработкой.
Идея Дмитрия состоит в разработке систем управления, позволяющих оптимально выбирать режимы адаптивной 3D-печати металлами, которая может оперативно подстраиваться под изменения, например, в случае, если при изготовлении детали был обнаружен какой-то дефект. Кроме того, с помощью такой системы можно провести диагностику и мониторинг процесса изготовления детали в режиме реального времени. Это становится возможным благодаря тому, что в основе программы заложена работа искусственного интеллекта и машинного обучения.
Вторая жизнь старого станка
Ключевая особенность проекта состоит в том, что такую систему исследователь и его команда могут внедрить в работу любого уже существующего станка, даже того, который вышел из строя. После этого производитель получает усовершенствованное и современное оборудование, вновь готовое к запуску и превратившееся в 3D-принтер.
«Таких станков на российском рынке сегодня практически нет. Однако наша основная ниша и главная уникальность задумки — это не просто модернизация оборудования, а получение при помощи 3D-печати с нуля изделий из металлов с гарантированным и заранее заданным качеством. Для этого нам даже не нужно запускать крупный производственный процесс. Это происходит за счет непрерывного управления, мониторинга, диагностики и оптимизации режимов печати. Плюс мы гарантируем хладостойкость изделий, что очень важно для работы в северных районах нашей страны, — подчеркнул Дмитрий. — Недавно мы привнесли еще одно новшество в работу системы: теперь мы можем менять химический состав металлов даже в процессе печати, причем в разных участках детали получать разный химический состав. Это делается за счет введения нанопорошков непосредственно в зону наплавки, за счет чего в значительной степени улучшаются механические и эксплуатационные характеристики изделия, а также возрастает экономическая эффективность процесса, чему тоже есть свое объяснение. Дело в том, что металл стоит очень дорого, особенно высоколегированные стали, а мы можем не создавать всю заготовку из дорогостоящего металла, а производить модификацию только в тех местах, где это нужно».
Легко и быстро решить три главные задачи
Сфера применения таких станков с системой 3D-печати металлами — создание сложных деталей в условиях единичного или мелкосерийного производства. Разработка будет интересна для любой отрасли машиностроения. На это есть ряд причин. С одной стороны, речь идет о замещении опасного и грязного труда на производстве. Дело в том, что, по словам разработчика, использование станков с ЧПУ с функцией 3D-печати металлами дает значительное преимущество при изготовлении единичных и уникальных деталей, прежде всего по сравнению с литьем песчано-глинистой формы.
«По сути, это является дорогим производством с очень длительной подготовкой, потому что необходимо создавать модели, стержневые системы, получать формы, а здесь по одной 3D-модели детали мы получаем сразу управляющую программу и выращиваем деталь, — объяснил молодой ученый. — Другая сторона вопроса — финансовая. Предприятие, которое использует нашу разработку, получает экономическую выгоду за счет того, что производство единичных деталей или их ограниченной серии по сравнению с литьем занимает в разы меньше времени. Для сравнения: период подготовки к производству методом литья иногда занимает месяц за счет нюансов использования металлургических печей, расплавки металла и других организационных моментов, а при помощи нашего станка — всего несколько часов. Плюс в случае с методом литья очень высок риск брака, для исправления которого придется переделывать всю литейную форму, а при использовании 3D-станков изменение конструкции происходит только за счет изменения трехмерной модели, которое тоже делается в течение нескольких часов».
Кроме того, разработчик объяснил, что литейный процесс почти невозможно проконтролировать, в то время как благодаря разработанной системе непрерывной диагностики и управления на основе искусственного интеллекта при помощи 3D-станка удается контролировать каждый миллиметр детали в процессе ее наплавки. Более того, если что-то пошло не так, система сообщит об этом и попытается уйти от ошибки. Если же сделать это не получится, то она навсегда запомнит координату, где есть подозрение на какой-то брак, а отдел технического контроля впоследствии проверит это подозрение.
«Помимо прочего, есть и еще один социальный эффект, который несет наша разработка, — имиджевая составляющая: предприятие, которое использует 3D-печать, — это всегда интересно, всегда привлекает внимание молодых и наиболее квалифицированных, заинтересованных специалистов, — уверен Дмитрий. — Таким образом, наши технологии полностью решают три задачи: повышают эффективность работы предприятия за счет увеличения производительности, а также снижают различные затраты и влияние человеческого фактора, поскольку все принципиально важные решения принимает искусственный интеллект».
Сегодня работа над разработкой продолжается и идет по двум направлениям. Первое, сугубо научное, связано с тем, чтобы усовершенствовать систему управления химическим составом металла. С другой стороны, ученый хочет разработать бизнес-модель, благодаря которой можно было бы общаться с конечными потребителями разработки и предлагать внедрить ее в работу того или иного производства, ведь именно за этим, по мнению исследователя, будущее.
Это проект «Молодые гении России» — цикл публикаций о молодых исследователях и их инновационных изобретениях, которые могут найти свое применение в различных отраслях экономики и способствовать решению важнейших для страны задач. Расскажите о нашем проекте друзьям, поделитесь этой историей в социальных сетях.
