Прототипы для оценки проекта

Современные системы твердотельного моделирования упрощают оценку проек­та благодаря наличию таких функций, как просмотр, затенение, вращение и уве­личение. Однако не подлежит сомнению, что оценка проекта производится более адекватно, когда конструктор может потрогать и подержать в руках физический прототип конструкции. Даже несмотря на огромный опыт в чтении чертежей или CAD-изображений сложных объектов отчетливо представить себе, как будет выглядеть реальная деталь, — это до сих пор очень сложная задача. Такие особен­ности, как слепые отверстия, сложные внутренние каналы и поверхности слож­ной кривизны, зачастую приводят к трудностям в интерпретации. Сокращение количества ошибок за счет улучшенной визуализации детали может быть значи­тельным. Нет лучшего способа удостовериться, что сложная деталь имеет имен­но те свойства, которые планировались, чем подержать ее в руках, повертеть и посмотреть на нее со всех сторон. В частности, для эстетической оценки дизайна физический объект необходим.

Прототипы для функциональной оценки

Когда проект готов, конструктор должен удостовериться, что он обеспечивает выполнение всех функций, которые изначально предполагались. Простая функ­циональная оценка может включать проверку практичности сборки, кинемати­ческих и аэродинамических характеристик.

Часто бывает необходимо проверить, можно ли легко собрать продукт из состав­ляющих его компонентов или разобрать его для обслуживания. Нередко оказывается, что собрать продукт можно лишь с большими трудностями, а порой и во­все невозможно. Для простых сборных конструкций возможность или простоту сборки можно оценить, глядя на чертеж. Однако на практике принято выпол­нять такую проверку путем реальной сборки. В этом случае прототипы, созда­ваемые методом быстрого прототипирования и изготовления, весьма полезны, поскольку компоненты, сделанные из другого материала, являются тем не менее достаточно адекватными для выполнения сборки. Использование прототипов вместо реальных компонентов дает значительную экономию времени и средств.

При тестировании кинематических характеристик проверяется, функционируют ли движущиеся части сборной конструкции так, как это задумывалось. Движе­нию деталей часто препятствуют неожиданные помехи или другие компоненты сборки. Фактически невозможность движения некоторых компонентов по при­чине столкновения одних компонентов с другими может быть выявлена только при тестировании собранного физического прототипа. Поскольку кинематиче­ские характеристики могут быть проверены на компонентах, не имеющих такой степени прочности, как требуется для конечного продукта, прототипы, изготов­ленные методом быстрого прототипирования, снова оказываются весьма полезны.

Прототип, созданный посредством быстрого прототипирования и изготовления, можно также использовать для проверки аэродинамических характеристик кон­струкции путем ее продувки в аэродинамической трубе. Ключевую роль в опре­делении аэродинамических характеристик детали играет ее геометрическая фор­ма, поэтому здесь подойдет прототип, изготовленный из другого материала.

3D Systems разработала процесс ACES, позволяющий получать прозрачные СЛ-модели деталей для исследований их прочности при критических нагрузках методом фотоупругости и моделирования сборок высокой точности, которые предназначены, в частности, для исследования потоков жидкости в двигателях.

Однако для проверки других характеристик — прочности, пределов рабочей тем­пературы, усталости и коррозионной устойчивости — требуется, чтобы прототип был сделан из того же материала, что и оригинальная конструкция. К сожа­лению, ввиду ограничений на типы материалов, которые могут использоваться для быстрого прототипирования и изготовления, многие из материалов, указы­ваемых конструкторами, не подходят для создания прототипов этим методом. Однако такие прототипы могут использоваться в качестве шаблонов для других производственных процессов. На на­стоящий момент успешно опробован ряд методов, позволяющих относительно быстро и рентабельно пройти путь от прототипа до реальной функциональной детали.

Значительные преимущества, например, обеспечивает сочетание изготовления моделей и литья. В этом случае литейная модель и стержни изготавливаются системой быстрого прототипирования и используются так же, как и деревянные модели и обычные стержни. Модели могут также использоваться для копирова­ния. Еще одно важное применение прототипов — нанесение покрытий. В частно­сти, приобретает популярность изготовление катодов для процедур электроэрози­онной обработки путем нанесения покрытия на медные детали. Ниже приведен перечень технологий производства, в которых в качестве шаблонов можно исполь­зовать прототипы, созданные методом быстрого прототипирования:

□ вулканизационное литье из силикона при комнатной температуре;

□ вакуумное литье;

□ формовое блочное литье;

□ аэрозольное металлическое литье (процесс Тафа);

□ литьевое прессование пластмасс;

□ литье в песчаные формы из алюминия и черных металлов;

□ литье по выплавляемым моделям;

□ инструменты для электроэрозионной обработки (процесс Хаузермана).

Какая из технологий окажется наиболее выгодной, зависит от размеров и гео­метрии прототипа, типа материала функционального компонента, требуемой точ­ности и количества компонентов, которые необходимо изготовить.

11