CC BY
91
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №3/2015 ISSN 2411-7161_
Шумаев Виталий Андреевич,
профессор Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), доктор экономических наук, профессор,
академик РАЕН, vitshumaev@mail.ru;
Тузов Евгений Юрьевич, коммерческий директор фирмы «ТМ», юрист, bigoman86@mail.ru
ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ 3Б-ТЕХНОЛОГИЙ Аннотация
Представлен практический опыт использования 3D технологии для изготовления изделий, в частности из отходов и мусора, даны рекомендации по развитию этого инновационного направления.
Ключевые слова
Инновация, 3D - технология, 3D печать, робот-манипулятор, переработка мусора
Одним из прогрессивных инновационных направлений изготовления продукции является 3 D -технология, позволяющая формировать разнообразные виды изделий посредством послойной печати. На основе использования этой технологии в ближайшем будущем можно будет изготавливать детали машин и механизмов без участия человека. Применение этой инновационной технологии позволяет поднять на более высокую ступень достижения в робототехнике, поскольку управляемое компьютером печатающее устройство представляет собой робот-манипулятор. С её помощью уже изготавливают отдельные органы человека, пластмассовые детали, металлические изделия (вплоть до оружия), деревянные предметы, бетонные строительные конструкции и сложные объемные изделия, в частности летательные аппараты.
Сама технология состоит из четырех операций: сканирования или моделирование объекта, изготовление принтера, создание или получение необходимого материала и 3 D печати объекта производства. Использование 3D-технологий, основанных на работе компьютера и 3D принтера, имеет трудности, связанные с созданием нужного исполнительного механизма - принтера, который способен «напечатать» объект, а также наличием и подготовкой исходного материала для печати объекта. Отметим, что 3D принтер проектируется в соответствии с контурами объекта и затем изготавливается. Это не всегда самое трудное звено в этом процессе. Часто гораздо более сложным является подготовка материала для изготовления объекта. Печать изделия на 3D принтере осуществляется в плоскости послойно: один слой материала накладывается на другой в соответствии с 3D моделью заданного компьютером объекта.
Наиболее интересным представляется получение отдельных элементов и готовых изделий для нужд машиностроения и в строительстве.
Можно привести пример создания ракетного двигателя Aerojet Rocketdyne на основе 3 D- технологии, который успешно прошел испытания. Он был полностью напечатан на 3D принтере. С помощью 3D печати конструкторам удалось сократить количество деталей до трех: инжектор, обтекатель и сопловая секция [1]. Кроме того за рубежом используют 3D принтеры для изготовления образцов стрелкового оружия, собранных из напечатанных деталей. Причем изготовленный таким образом армейский пистолет М1911 Colt прошел испытания и, отстреляв 50 выстрелов, зарекомендовал себя ничем не хуже оригинала. К АК 47 и М 16 были напечатаны боеприпасы и апробированы образцы созданного с помощью 3 D - технологии оружия: после 600 выстрелов никаких изменений в конструкции замечено не было [2]. Это подтверждает перспективность использования этой технологии для изготовления металлических изделий.
Не менее интересно и эффективно применение 3D - технологий в строительстве. В данном случае для каждого объекта имеется необходимость создания своего принтера. Однако в качестве исходного материала может быть использована смесь на основе цементного раствора, что является удобным (по сравнению с металлом). За рубежом разработано устройство для строительства объектов на основе использования 3D -технологий, которое может построить помещение площадью 250 кв. м за одни сутки в автоматизированном режиме (рис. 1) [3].
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №3/2015 ISSN 2411-7161_
Возможности использования 3D - технологий на практике подтвердили китайские строители в Шанхае. В качестве сырья для строительства объектов они применили переработанные строительные отходы и мусор, что является эффективным и перспективным в развитии строительства [4]. Кроме того они нашли способ использования строительного мусора в ландшафтном дизайне. При этом устройства 3 D печати способны работать с минимальным участием человека, то есть практически роботизированы, что делает данную технологию феноменально перспективной.
Рисунок 1 - Строительство дома роботом-манипулятором на основе использования 3Б-технологии. Источник [3].
В России созданием отечественных строительных 3D принтеров занимается фирма «Спецавиа», которая уже представила на отечественный рынок свои разработки. Так, отечественный принтер S-1160 печатает строительные конструкции стандартными составами на основе цемента. Разработаны рекомендации, на основе которых можно приготовить необходимый раствор для использования в 3 D принтере [5].
Как видно из указанного примера, особых проблем в изготовлении исходного материала нет. Однако с помощью 3D - технологии можно перерабатывать отходы и мусор в готовые изделия, что является насущной задачей, но имеет значительные трудности. Использование отходов и мусора в качестве сырья для 3D печати является важным фактором ресурсосбережения и очистки территорий. Однако тот же мусор надо переработать, привести в состояние исходного материала для подачи в принтер. От стоимости сырья зависит стоимость готового изделия: чем дешевле используемые исходные материалы и сырьё, тем дешевле получается продукция. Мусор вообще бесплатный, а его утилизация - может даже принести некоторые поступления средств.
За рубежом имеется опыт рациональной переработки мусора в сырье для производства готовой продукции. Так, нидерландские ученые, например, создали мини-фабрику по утилизации и переработке пластикового мусора в сырье для 3D принтеров (проект Perpetual Plastic). Основной целью явилась переработка пластика. Разработано и изготовлено устройство, в которое помещается пластиковая тара, далее она очищается и просушивается. Сухой пластиковый мусор измельчают и плавят, превращая в нить для производства различной продукции с помощью 3D принтера [6].
Целесообразно данную технологию применить в строительстве объектов на других планетах, например, на Марсе, поскольку устройства полностью автоматизированы, представляют собой роботы-манипуляторы и в обслуживании людей не нуждаются.
_НАУЧНОЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ «IN SITU» №3/2015 ISSN 2411-7161_
Наибольший интерес представляет собой мобильное устройство по очистке окружающей среды от мусора с переработкой отходов в изделия с помощью 3D - технологии. Для этого была сооружена лаборатория в фургоне, в котором помещен механизм для измельчения пластика, аппарат для получения нити и 3D принтер. Основное количество мусора собирали на побережье, что наиболее актуально для стран, имеющим выходы к водным ресурсам. Из собранного полипропиленового и полиэтиленового мусора получали HDPE нить, из которой с помощью 3D принтера изготавливали пластмассовые изделия бытового назначения, например, расчески [7].
Таким образом, зарубежный и отечественный опыт изготовления деталей и строительства объектов на основе 3D - технологии показал свою целесообразность, поэтому рекомендуется к дальнейшему развитию. В целях организации скачкообразного развития производства на основе упомянутой инновационной технологии целесообразно в России создать научно-производственный центр на условиях государственно -частного партнёрства, который бы финансировал разработки в этой области, координировал развитие 3 D -технологий в различных отраслях. Предлагается также объединить в единый цикл проведение научно -исследовательских и опытно-конструкторских работ по развитию 3D- технологии, робототехники на основе применения 3D - технологий и переработку отходов и мусора, что позволит достичь наибольших результатов.
Список использованной литературы
1. http://3dwiki. ru/3d-pechatnyj -raketnyj -dvigatel-aeroj et-rocketdyne -usp eshno -proshel-ispytaniya/.
2. http://topwar.ru/35711 -pervyy-metallicheskiy-pistolet-napechatannyy-na-3d-printere.html.
3. http://naked-science.ru/article/hi-tech/gigantskii-3d-printer-stroit-d.
4. http://www.youtube.com/watch?v=cJAE13Ysigw.
5. http://json.tv/ict_news_read/v-rossii-sozdali-stroitelnyy-3d-printer-20150814015558.
6. http://www.perpetualplasticproject.com/#ppp1.
7. http://www.projectseafood.com/.
© В.А. Шумаев, ЕЮ. Тузов, 2015
