Чорновол Д.І., студент; Субін А.А., к.т.н., доцент

НТУУ «Київський політехнічний інститут», м. Київ, Україна

 

ТЕХНОЛОГІЇ ШВИДКОГО ПРОТОТИПУВАННЯ В МАШИНОБУДУВАННІ

 

В статті розглянуті основні принципи технології швидкого прототипування, наведено технології її реалізації і зроблено висновок щодо застосування технології в машинобудуванні.

 

Візуалізація запропонованих конструкторських рішень і їх швидке втілення в прототип є однією з головних задач на етапі досліджень доцільності виготовлення деталі. В машинобудуванні широко застосовується 3D моделювання в CAD\CAM системах для наочної віртуалізації розробленої моделі. Швидкий перехід від моделі до готового прототипу є актуальною задачею, для вирішення якої застосовують технологію швидкого прототипування (Rapid Prototyping, RP). Інколи замість більш точного терміну RP вживають поняття «тривимірний друк» (3D-printing, 3DP), або 3D прототипування.

Технологія призначена для швидкого створення дослідних або робочих зразків на основі підготовленої комп’ютерної моделі. Прототипування стає поширеним не тільки в машинобудуванні, але й в приладобудуванні, медицині, архітектурі, поліграфії. Фактично прототипування відбувається як процес пошарової побудови фізичної моделі (прототипу) відповідно до геометрією CAD-моделі. При цьому стандартом формату файлу моделі є форматі STL. Основна відмінність цієї технології від традиційних методів виготовлення моделей полягає в тому, що модель створюється не відділенням матеріалу від заготівлі, а пошаровим нарощуванням матеріалу, що становить модель, включаючи що входять до неї внутрішні і навіть рухомі частини. Сам фізичний процес побудови моделі значною мірою автоматизований і дозволяє отримувати якісні і порівняно недорогі зразки, витрачаючи на їх виготовлення годину, а не дні і тижні при використанні традиційних методів.

Зразки, виконані методом RP, можуть виготовлятися з різних матеріалів (залежно від вживаної в обладнанні технології): із спеціальних порошків, рідких смол, воску, пластиків, різних листових матеріалів.

 

C:\Users\Администратор\Desktop\13.jpg

Рис. 1 – Схема швидкого прототипування

 

 

Існують наступні технології  швидкого прототипування:

·            стереолітографія (Stereolithography, STL);

·            масочна стереолітографія (Solid Ground Curing, SGC);

·            нанесення термопластів (Fused Deposition Modeling, FDM);

·            розпорошення термопластів (Ballistic Particle Manufacturing, BPM);

·            лазерне спікання порошків (Selective Laser Sintering, SLS);

·            моделювання за допомогою склеювання (Laminated Object Modeling, LOM);

·            технологія многосопельного моделювання (Multi Jet Modeling, MJM);

·            імерсійним центри, або системи віртуальної реальності.

При стереолітографії під дією керованого комп'ютером ультрафіолетового випромінювання відбувається затвердіння шару товщиною в декілька сотих міліметра, при цьому платформа з майбутньою деталлю опускається вниз і знову покривається рідиною. Далі все повторюється й в результаті ультрафіолетовий промінь «малює» об'ємну фігуру. Вартість такої установок сягає 40-60 тисяч доларів США. Дана технологія застосовується у практично всіх галузях матеріального виробництва від медицини до важкого машинобудування. STL-технологія дозволяє швидко і точно побудувати модель виробу практично будь-яких розмірів. Якість поверхонь залежить від кроку побудови. Сучасні машини забезпечують крок побудови 0,1 ... 0,025 мм. Технологія дає найкращий результат при виготовленні майстер-моделей для подальшого виготовлення силіконових форм і лиття в них полімерних смол, а також ювелірних майстер-моделей.

 

C:\Users\Администратор\Desktop\sla.jpg

Рис. 2 – технологія стереолітографії

 

Перевагами процесу є відносно точний процес, хороша деталізація деталей, гладка поверхня вихідної деталі. До недоліків слід віднести обмежений набір матеріалів, які фізично можуть використатися в процесі; неможливість створення кольорових моделей; дуже дорогий метод виготовлення.

В загалом, швидке прототипування має свої переваги і недоліки на ринку.

Таблиця 1 - Порівняння переваг і недоліків швидкого прототипування.

Переваги

Недоліки

·       скорочення тривалості технічної підготовки виробництва нової продукції в 2 - 4 рази;

·       зниження собівартості продукції, особливо в дрібносерійному або одиничному виробництві в 2 - 3 рази;

·       значне підвищення гнучкості виробництва;

·       підвищення конкурентоспроможності виробництва;

·       наскрізне використання комп'ютерних технологій, інтеграція з системами САПР.

·       відносно висока ціна установок і витратних матеріалів;

·       невисока точність;

·       відносно низька міцність моделей.

З плином часу недоліки поступово усуваються - знижуються ціни, збільшується вибір технологій і матеріалів.

Таким чином, прототипування може використовуватися в маркетингових цілях, а також при визначенні більш чітко сформованої вартості виготовлення. Контрольні моделі зменшують витрати на проектування і підготовку виробництва за рахунок виявлення можливих помилок на ранніх стадіях. Також, фізичні моделі проектованих виробів підсилюють зв'язок і взаєморозуміння між проектувальниками і замовниками, скорочуючи час виходу продукту на ринок.

 

Література:

1.      http://www.wikipage.com.ua/Informatsiyni_tehnologii/shvidke_prototipuvannya.html .

2.      http://www.vzrt.ru/rp_tec.php .

3.      http://ru.wikipedia.org/wiki/Быстрое_прототипирование .