В Санкт-Петербургском горном университете запустили новую программу профессиональной подготовки «Оператор трехмерной печати». Она предусматривает 72 часа теории и практики, за это время студенты осваивают рабочую специальность оператора 3D принтеров.
Это только одна из восьми для конкретного студента и одна из трехсот возможных компетенций, сертификаты о прохождении которых, будут весомым довеском к диплому Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II.
В конце февраля на базе Центра студенческого творчества Горного университета заработали три новых программы дополнительных профессиональных компетенций: «Кузнец ручной ковки», «Оператор трехмерной печати» и «Слесарь механосборочных работ». Рассчитаны они на обучение студентов всех специальностей – идея в том, чтобы будущие инженеры как можно раньше получили элементарные рабочие навыки, познакомились с инструментами и оборудованием, и в целом – почувствовали вкус работы руками.
Занятия проходят на участке аддитивных технологий, на базе Центра студенческого творчества и адресованы учащимся всех образовательных программ высшего инженерного образования. Учебный план составлен так, чтобы молодые люди получили все основные навыки, необходимые для начального роста в этой профессии. Кроме теории (само понятие трехмерной печати, области ее применения, меры безопасности), ребята изучают основные технологии и параметры 3D печати, виды и характеристики принтеров, ассортимент и особенности расходных материалов, обслуживание оборудования, программное обеспечение.
3D печать - это метод создания трёхмерных объектов путём послойного добавления (от англ. – additive – добавка) пластика, металла, бетона или другого материала. Отсюда и другое название процесса - аддитивные технологии. Термин был придуман не случайно, ибо в этом и состоит его основное отличие от традиционных способов промышленного производства. Если при фрезеровании, шлифовании, резке и прочих традиционных методах обработки лишний материал удаляется с заготовки, то в случае с аддитивным производством материал постепенно добавляется до получения цельной модели.
Массово 3D печать стала применяться сравнительно недавно, однако история ее началась около 80 лет назад. Еще в 1948 году американский инженер Чарльз Халл разработал стереолитографию - способ послойного выращивания физических трёхмерных объектов из фотополимеризующейся композиции.А авторство первого3D-принтера принадлежит студентам Массачусетского технологического института Джиму Бредту и Тиму Андерсону, которые в 1995 году внедрили технологию в корпус обычного настольного принтера, после чего данные устройства стали активно проникать в повседневную жизнь.
На сегодняшний день с помощью этой технологии создают почти все – от кроссовок до жилых домов. В 2021 году хирурги впервые в истории вставили человеку напечатанный на 3D-принтере глаз. Так что аддитивные технологии прочно вошли в нашу жизнь.
Профессия оператора 3D печати, которую сегодня можно получить в Горном университете, возникла относительно недавно – около 15-20 лет назад, но уже считается одной из самых перспективных.
- Эта профессия требует сочетания технических навыков, креативности и внимательности к деталям. Она ориентирована на будущее, в ней есть потенциал раскрываться в новых сферах применения или углублять его в уже завоеванных нишах. От операторов требуются внимательность к деталям, аккуратность, ответственность, ведь они отвечают за качество печати и исправность оборудования. Важны и коммуникативные навыки - необходимо общаться с заказчиками, коллегами и поставщиками. При этом обязанности оператора трехмерной печати – это не просто нажатие кнопки «старт», они гораздо шире и сложнее, - говорит Юрий Жуковский, директор образовательного центра цифровых технологий Горного университета.
На практических занятиях ребята начинают с того, что знакомятся с программным обеспечением, подготавливают цифровые модели будущего изделия в специальной программе. Знания моделирования также являются обязательными для студентов старейшего технического вуза. Недавно, образовательный центр цифровых технологий Горного университета запустил новую программу дополнительных профессиональных компетенций «3D моделирование и визуализация». Там горняки осваивают принципы и области применения инженерного трехмерного моделирования и визуализации, учатся самостоятельно строить 3D-модели.
- На компьютере выстраиваем виртуальный «эскиз» будущего изделия. Адаптируем его для конкретного принтера и материала, меняя настройки – толщину, качество, размеры. Проверяем геометрию, проводим слайсинг (разбиение на слои – прим.ред.), выставляем параметры печати в соответствии с требованиями проекта. Каждый принтер - их у нас шесть штук - отличается точностью и скоростью. Какой выбрать - зависит от конкретной задачи, - объясняет Игорь Шульженко, инженер-конструктор.
На участке представлены три технологии печати (ABS, FDM, SLA) для каждого из них используются свой материал: фотополимерные смолы, композитные материалы, пластик. Последний – самый популярный и универсальный материал. Он имеет много разновидностей и оператору нужно уметь выбрать нужный. Например, биопластик (PLA) изготавливается из возобновляемого сырья, такого как кукурузный крахмал или сахарный тростник. Он экологичный, легко плавится, почти не пахнет, из него, в частности, делают декоративные предметы и модели для дома. ABS - прочный, подходит для функциональных деталей, например, корпусов. Он выдерживает высокие температуры, но при печати может выделять едкий запах.
- Каждый пластик имеет свою температуру плавления. Чаще всего мы используем ABS, PLA и PETG, в зависимости от наших целей. PETG - универсальный вариант, он прочный, гибкий, не боится влаги, хорошо подходит для технического оборудования, - рассказывает педагог.
После того, как материал выбран, оператор загружает его в принтер, проводит настройку параметров печати, в зависимости от требований проекта. Следующий шаг – мониторинг. Специалист следит за процессом, выявляя и устраняя возможные ошибки. Затем идет постобработка готовых изделий - удаление опорных структур, шлифование, покраска и т.д. Также в обязанности специалиста входит регулярное техническое обслуживание оборудования, замена расходников, по необходимости – ремонт (если позволяет уровень квалификации сотрудника).
По словам Игоря Шульженко, возможность выполнить объемную модель часто помогает его студентам в учебе. Бывает полезно напечатать макет для презентации, отлить художественную композицию или часть какого-то изделия, чтобы наглядно увидеть недочеты в нем.
- Прежде чем отдать фрагмент в производство, хочется посмотреть, как он будет выглядеть «вживую». На принтере можно его напечатать легко и быстро – посмотреть, примерить, прикинуть. Например: я, инженер-конструктор, сомневаюсь, правильно ли я посчитал геометрию резьбы на детали. Выполнив трехмерную модель, примеряю ее на прилегающие части изделия. Если все правильно, отдаю ее в производство. Для учащихся технических специальностей эти навыки обязательны, но и остальным будут полезны, хотя бы для общего понимания.
Небывалые возможности быстро и экономично (ведь отходов при производстве в области аддитивных технологий практически нет) создавать изделия сложных конфигураций сейчас востребованы во многих областях. Для выпускников Горного освоение данной компетенции станет удачным дополнением и плюсом к портфолио.
В каких же отраслях инженеры смогут применить полученные знания по 3D печати?
В горной промышленности объемная печать позволяет быстро создавать в лабораториях прототипы новых горных машин и инструментов перед их массовым производством. А еще - для создания точных моделей залежей полезных ископаемых на основе геологоразведочных данных, что помогает в планировании горных работ.
- Можно создавать макеты месторождений, штолен и горных выработок для планирования работ и обучения персонала. Стало возможно оперативное изготовление запчастей в полевых условиях. В шахтах 3D печать обеспечивает быстрый доступ к запасным частям, сокращая время простоя оборудования. Например, можно напечатать небольшую шестерню для конвейера, избежав длительной доставки, - поясняет Юрий Жуковский.
В нефтегазовом деле 3D печать используется при изготовлении инструментов для бурения и ремонта скважин, специализированных насадок, адаптеров и т.д. А также прототипов нефтегазового оборудования, оптимизируя их дизайн и функциональность перед массовым производством. Также, моделируя подземные резервуары, можно визуализировать геологические структуры, спланировать более эффективную добычу.
В машиностроении аддитивные технологии помогают в создании опытных образцов новых машин и механизмов, а также в производстве сложных деталей с высокой точностью, в том числе – для подводной добычи полезных ископаемых.
В геологоразведывательной отрасли технология применима для печати 3D-моделей на основе геофизических данных при анализе и планировании геологических исследований. С ее помощью удобно изготавливать специализированные инструменты с уникальными характеристиками для отбора проб в сложных условиях.
В энергетике востребовано создание серий роботов-диагностов для обследования линий электропередач и индивидуальных защитных средств, например, противоударных касок, специально адаптированных к форме головы или зажимов для инструментов, обеспечивающих более удобную и безопасную работу при высотных работах на ЛЭП.
- С помощью 3D принтеров печатают компоненты для ветроэнергетических установок, например, легкие и прочные детали лопастей ветрогенераторов, таким образом оптимизируя их аэродинамические характеристики. Или детали для солнечных батарей - подложки и крепления для солнечных панелей, - уточняет Юрий Жуковский.
Экологи применяют метод объемной печати для создания экологически чистых продуктов из биоразлагаемых пластиков и других материалов, конструкций для восстановления экосистем – искусственных рифов, кормовых устройств для птиц и других экологических проектов.
Ну и конечно в строительстве не только печатают компоненты зданий, декоративные элементы, блоки, панели и даже целые стены из бетона и других композитных материалов, но и создают уникальные конструкции, которые трудно или вообще невозможно построить традиционными методами. Например, опорные колонны с уникальным дизайном, индивидуальные элементы мостов или тоннелей.
На базе Центра студенческого творчества Горного университета открылась новая программа дополнительных профессиональных компетенций «Кузнец ручной ковки». Она адресована студентам всех направлений подготовки и специальностей и рассчитана на 72 часа обучения.
