7 . 7 . Технологии быстрого прототипирования на

основе использования компьютерных моделей

Новые технологические решения для изготовления прото­

типов и пилотных серий деталей позволяют сократить подго­

товку производства, сэкономить значительные материальные

и трудовые ресурсы. Материальные инвестиции, вкладываемые

в эти технологические процессы, быстро окупаются и позволяют

ускорить срок выпуска нового изделия.

Прототип — первый опытный и почти всегда единичный

(и в этом смысле уникальный) экземпляр, задача которого — бы­

стро и достоверно ответить на принципиально важные для кон­

структора вопросы:

- соответствует ли реальный дизайн детали (изделия) заду­

манному;

551

7.7. Технологии быстрого прототипирования

Раздел 7. Компьютерное моделирование и автоматизация процессов производства

Однако все современные системы работают по схожему по­

- правильно ли определены взаимосвязи с окружающими де­

талями;

- выполняет ли деталь те функции, которые возложил на нее

конструктор, и, если выполняет, то как, а если нет, то почему;

- соответствует ли конструкция детали технологическим воз­

можностям серийного производства и т.д.

Общеизвестно, что опытные образцы так называемых второй

или третьей серий, а тем более изделие промышленного произ­

водства, настолько отличаются от прототипа, что использование

технологической оснастки, применяемой для изготовления про­

тотипа, практически невозможно использовать для промышлен­

ного производства изделия. Именно поэтому стоимость прото­

типов весьма значительна, поскольку в ней заложена стоимость

«потерянной» технологической оснастки.

Но кроме прямых материальных затрат на создание оснаст­

ки существуют еще и временные затраты, трудноопределяе­

мые в денежном выражении, но зачастую превосходящие

прямые затраты. Достаточно сказать, что для изготовления

традиционными методами опытных образцов таких деталей,

как, например, блок цилиндров или головка цилиндров дви­

гателя, требуется 8-10 месяцев (литьё + мехобработка), а с ис­

пользованием технологий быстрого прототипирования этот

срок сокращается до 1-1,5 месяцев. Быстрое прототипирова-

ние позволяет получать литейные модели деталей в срок от не­

скольких часов до нескольких дней (для сложных габаритных

отливок) без создания специальной технологической литей­

ной оснастки.

Развитие компьютерной техники и расчетных методов по­

степенно превращают ЗО-анализ в основную технологию ком­

пьютерного анализа. Так как опытные образцы деталей изде­

лия необходимо изготовить для испытаний и часто после этого

приходится изменять их форму, то при определении изготовле­

ния опытных и пилотных пластмассовых деталей технолог дол­

жен учитывать, что для изготовления требуется дорогостоящая

оснастка.

В настоящее время на рынке существуют различные системы

быстрого прототипирования (RP-технологии), производящие мо­

дели по различным технологиям и из различных материалов.

552

слойному принципу построения физической модели, который

в упрощенном виде заключается в следующем:

— создается геометрическая ЗЭ-модель детали;

— производится считывание трёхмерной геометрии из CAD-

системы в формате *.STL (практически все CAD-системы твёр­

дотельного моделирования могут выдавать файлы с расширени­

ем STL);

- трёхмерная модель разбивается на поперечные сечения

(создаются слои) с помощью специальной программы, постав­

ляемой с оборудованием или используемой как приложение;

- производится последовательное построение сечений детали

слой за слоем снизу вверх, до тех пор, пока не будет получен фи­

зический прототип модели. Каждый последующий слой «прива­

ривается» или «приклеивается» к предыдущему, и так до полного

построения модели.

Что касается литейного производства, то в западной про­

мышленности широкое распространение получили технологии

быстрого прототипирования на основе лазерной стереолитогра-

фии (фотополимеризации) и лазерного спекания.

Применение этих технологий позволяет непосредственно по­

лучать материальные модели (макеты, копии) требуемой детали,

минуя стадию традиционного изготовления деревянной оснаст­

ки. Модели «выращиваются» из синтетических материалов и за­

тем используются для получения литейных форм («уничтожае­

мые» или «теряемые» модели, например, для получения отливок

по выплавляемым или выжигаемым моделям), либо в качестве

литейной оснастки для формовки, например песчаных форм.

С помощью лазерной технологии могут быть получены также

и песчаные стержни любой сложности (машины фирм 3D Systems,

EOS, Generis). «Выращивание» моделей открывает неограничен­

ные возможности в технологии литья металлов, позволяет реа­

лизовать конструкции, ранее недоступные вследствие техноло­

гических ограничений.

Освоение и широкое распространение RP-технологий стало воз­

можным в связи с появлением достаточно мощных автоматизиро­

ванных систем по твёрдотельному трёхмерному проектированию.

553

7.7. Технологии быстрого прототипирования

ства. Прочность моделей, полученных по технологиям LOM,

используются современные технологии:

— изготовление деталей с помощью LOM-технологии;

— изготовление деталей с помощью технологии стереолито-

графии;

— изготовление пилотных деталей с помощью эластичных си­

ликоновых форм;

— изготовление деталей интерьера с помощью вакуумной фор­

мовки;

— изготовление пресс-форм методом напыления на рабочие

части металла.