УДК 65.011.56:7.042

ПРОТОТИПИРОВАНИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НОВЫХ ИЗДЕЛИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ

 

PROTOTYPING THE DESIGN OF NEW ENGINEERING PRODUCTS

 

Колесников П.Г., Пешков А.А. (Сибирский государственный технологический университет, г. Красноярск, РФ)

Моисеев Г.Д., Прусс Б.Н. (Брянский государственный инженерно-технологический университет, г. Брянск, РФ)

 

В статье представлены возможности прототипирования в современном производстве новых изделий.

The article presents the prototyping capabilities in the modern production of new products.

 

Ключевые слова: прототипирование, моделирование, 3-D печать

Key words: prototyping, modeling, 3D printing

 

Разработка и внедрение новых производственных технологий является важной задачей для машиностроения в условиях стремительной технологической конкуренции. Оперативное создание и оценка прототипов новой продукции в машиностроении стали возможными благодаря применению новых цифровых технологий. Изготовление деталей традиционными "вычитающими" методами является сложным, длительным и дорогостоящим этапом проектирования. Применение в производственном цикле или на этапе опытно-конструкторских работ цифровых и аддитивных технологий позволяют создавать детали высокого качества с наименьшими затратами, А также детали, которые невозможно изготовить традиционными, "вычитающими" технологиями — механообработкой, литьем и т.д.

Развитие современных систем автоматизации, робототехники, и распространение так называемых аддитивных технологий, которые позволяют, используя цифровую модель, печатать трехмерные объекты – как их отдельные компоненты, так и целые изделия. Под влиянием таких технологий производство, естественно, становится более гибким, отвечающим потребностям заказчика, появляются возможности выпускать и уникальные изделия, и малые серии изделий, при этом существенным образом снижаются и затраты, в том числе на труд, на расходные материалы, на энергию, на логистику.

Прототипирование является обязательным этапом в процессе разработки любого нового изделия. Создание качественного прототипа, максимально похожего на будущее изделие - весьма непростая задача. Приходится решать проблему точного повторения геометрической формы, собираемости, внешнего вида и поиска материалов, максимально похожих на заданные.

Построение прототипа обычно происходит на основе твердотельной модели из CAD-систем или модели с замкнутыми поверхностными контурами. Эта модель разбивается на тонкие слои в поперечном сечении с помощью специальной программы, причем толщина каждого слоя равна разрешающей способности оборудования по z-координате. Обычно при разбиении дается припуск на механическую обработку. Построение детали происходит послойно до тех пор, пока не будет получен физический прототип.

Прототипирование начинается с того, что создаётся компьютерная твердотельная модель продукта, а завершается изготовлением конечного варианта, с использованием какой-либо методики. Компьютерная модель создаётся при помощи одной из программ 3D-моделирования, а затем сохраняется в одном из перечисленных форматов: STL, WRL, PLY, 3DS. Созданная модель печатается на специально предназначенном для этого принтере.

Основным различием между технологиями прототипирования является прототипирующий материал, а также способ его нанесения.

Стереолитография - наиболее часто используемый способ создания прототипа необходимого изделия. Данный метод был изобретён первым, и на сегодня он считается самым распространённым из всех способов быстрого прототипирования. Поскольку стоимость конечного продукта довольно маленькая, то этот фактор наилучшим образом повлиял на популярность данного способа. В основе стереолитографии лежит послойное нанесение и затвердевание жидкого фотополимера. Он же является и основой полученного образца. Минус этого метода в том, что полученные модели довольно хрупки. 

Лазерное спекание. Исходя из названия, в качестве основного рабочего инструмента используется лазерный луч. Он последовательно спекает порошковый материал по контурам отдельного слоя. Порошок может быть из полимеров, керамики, металла. Тонкий слой любого порошкового материала кладут на рабочую поверхность, после чего лазерный луч спекает этот порошок в необходимых местах. Именно так формируется твёрдый макет нужной 3D-модели. Быстрое прототипирование изделий из металла происходит именно этим методом.

 FDM-технология. Быстрое прототипирование по FDM-технологии осуществляется методом послойного наложения на контуры изделия, которое создается, нити из воска или поликорбаната. Когда нить проходит через экстузионную головку, она нагревается и принимает полурасплавленную форму, что способствует скреплению слоев между собой до образования монолитной поверхности. Данная технология применяется для создания единичных образцов продукции.  

В Сибирском государственном технологическом университете в образовательном процессе и научной деятельности для создания прототипов используется 3D принтер Hercules Strong (рисунок 1), имеющий область печати 300х300х370мм.

Рисунок 1 - 3D принтер Hercules Strong

 

Прототипы, на примере технологического оборудования фронтального лесопогрузчика, представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Прототип технологического оборудования фронтального лесопогрузчика, созданный на основе  FDM-технологии (масштаб 1:10)

 

Перспектива применения 3D принтеров для машиностроения экономически очевидна, так как эти устройства существенно ускоряют процесс разработки новой продукции, в значительной степени уменьшают риски ошибки проектирования, снижают затраты на получение макета, и уже сейчас по своим ценам доступны большинству российских предприятий.

 

 Список использованных источников

1.      Электронный ресурс http://hercules3dprinter.ru

2.      Электронный ресурс http://www.shop-detect.ru