«Сколько вешать в граммах», – спрашивал продавец из популярного рекламного ролика. Такая точность удивляет при покупке колбасы, но никак не устраивает в современной технике. Уникальный винтовой дозатор, разработанный инженером кафедры МТ-3 Александром Гончаровым, обеспечивает точность до нескольких микрограммов, то есть в миллион раз лучше.
Недавнему выпускнику нашего Университета удалось создать устройство, равного которому нет в России, да и в мире, кажется, только один конкурент. Речь идет о винтовом дозаторе.
Умею недоступное другим
Сам по себе принцип героторной пары не новость. Вспомните, например, вашу шнековую мясорубку. В увеличенных размерах и с конструктивными особенностями она носит другое название – молоконасос, нефтяной насос, бетононасос и т. д. А вот дозатор Александра «уменьшенная мясорубка» – очень миниатюрный, только вместо шнека у него сложнопрофильный винтовой ротор. Я беру его в руку. На глазок он длиной 4-5 сантиметров, а диаметром – не больше пяти миллиметров.
– Такую деталь с помощью традиционной технологии изготовить невозможно, – говорит Гончаров. – Поэтому мне потребовалось изобрести уникальную. Не владея ею, другие компании не смогут изготовить столь миниатюрное изделие. Сдерживающий фактор для широкого производства таких дозаторов – технологический барьер в изготовлении винтовых пар. Чтобы достичь необходимой точности дозирования, нужна высокая точность сопряжения деталей винтовой пары. Для производства пар большого размера модернизируют универсальное оборудование, но чаще изготавливают на специализированном, которое в России не производят. А уж если речь идет о производстве миниатюрных винтов, то оборудования, способного решить такую задачу, просто не существует.
Для решения проблемы Александр предложил уникальную стратегию обработки на фрезерном станке непрофилированным инструментом. Стало возможным использовать и стандартное оборудование, и стандартную оснастку, и стандартный инструмент. А это – настоящий технологический прорыв.
Что умеет дозатор
Но технология нужна не сама по себе, а для чего-то. И это «что-то» – возможности дозатора Гончарова. Принципиально, что его пара может перемещать высоковязкие вещества, при этом имея возможность работать и на реверс, и с крупными абразивными частицами. Кроме того, в ней образуется герметичная полость, которая перемещает вещества без сжатия. Это особо важно: например, в случае дозирования биоматериала – клетки остаются живыми, потому что героторная пара их не сжимает и не растирает, а только перемещает. Дозатор Александра превосходит все ныне существующие по степени вязкости применяемых материалов – ему под силу даже самые густые субстанции.
Сфера применения маленького дозатора совсем не маленькая: нанесение паяльных паст; дозирование препаратов; заливка микросхем; высокоточное склеивание; нанесение герметиков по сложным пространственным траекториям; биопечать клеточными агломератами и т. д.
Годится он и для 3D-печати. В качестве материалов можно использовать керамику, силиконы, акрилаты, фотополимеры, гидрогели, порошковые пасты (до 60% абразивных частиц), шоколад, деревянное волокно, гипс…
– При выдавливании пасты образуется «перешеек». Если его тянуть, то он будет растягиваться, утоньшаться и неизвестно в каком месте разорвется. Это делает дозирование неточным. Чтобы избежать этого, я предложил специальную стратегию: подход к поверхности – дозирование – отход на небольшое расстояние – реверсивное всасывание, – поясняет Гончаров. – Именно это позволяет обеспечить точность дозирования до микролитров.
Такая точность особенно востребована для высоковязких веществ. Например, пастообразные вещества или биоматериалы точно дозировать возможно лишь этим прибором.
Ассиметричное решение
– Началось все на пятом курсе. Кафедра получила заказ – надо изготовить героторную пару для заводских молочных насосов. Требования к ним жесткие – не сжимать жидкость и обеспечивать равномерность подачи. Трудность была в том, что размеры такого насоса-дозатора большие. Тупой, из серии «дорого и сердито», путь решения – приобретение специализированных станков. Ведь обработать такие детали на простом фрезерном станке с ЧПУ не получится.
А вот найти асимметричное, недорогое, эффективное решение – и гораздо интереснее, и вполне в нашем духе.
По новой технологии непрерывно отслеживается толщина снимаемого слоя материала и регулируется скорость движения инструмента. Глубина резания различается в разных точках – винт имеет эксцентричное сечение. Несмотря на это обеспечивается высокая круглость и точность винтовой поверхности. Все это благодаря постоянн проводимой корректировке. В результате получаемая точность достигает 10-12 микрометров.
– Несколько лет я искал границы области применения моих технологий. Как оказалось, технология позволяет обработать винты с чрезвычайно маленьким сечением, что казалось невероятным. Благодаря этому я смог изготовить уникальное изделие – вот этот дозатор, – показывает свое устройство Александр. – Здесь типовые узлы: шаговый двигатель, планетарный редуктор, ступичный узел, карданная передача. Мое – уникальная миниатюрная винтовая пара – «сердце» дозатора.
Сечение меньше миллиметра
Гончаров не засекречивает технологию. Скорее напротив – делает многое для того, чтобы ею могли воспользоваться другие. Например, демонстрирует ее возможности на специализированных выставках.
– На «Металлэкспо» я демонстрировал роторы, изготовленные по моей технологии. Там, в частности, были роторы с сечением меньше одного миллиметра. У тех, кто сталкивается с вопросами программирования станков с ЧПУ, с вопросами обработки сложных поверхностей, это вызвало большой интерес, поскольку они понимают, насколько это сложно сделать.
100-процентная уникальность технологии на российском рынке (и очень высокая на мировом) внушают уверенность в ее востребованности.
Елена Емельянова
