CC BY
437
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070
Таким образом, нанонаполнители способствуют увеличению стойкости герметиков к воздействию рабочих жидкостей до 39%, вибрационным нагрузкам до 18 % и старению до 15 %, а также снижению их остаточной деформации до 33 %. Наибольший эффект достигается при использовании в качестве наполнителя УНТ. Результаты проведенных исследований дают основание полагать, что наномодификация герметиков позволит увеличить долговечность фланцевых соединений более, чем в полтора раза. Список использованной литературы:
1. Кононенко, А.С. Повышение надежности неподвижных фланцевых соединений сельскохозяйственной техники использованием наноструктурированных герметиков: дис. ... докт. техн. наук. М., 2012. 373 с.
2. Балабанов В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. М., Эксмо, 2009. 246 с
3. Ли Р. И. Основы научных исследований [Текст]: Учеб. пособие / Р.И. Ли // Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. -190 с.
© Кононенко А.С., Алешин В.Ф., Бугаев А.М., 2016
УДК 621
Краснов А. А.
Студент 3 курса ФБГОУ ВО ВГТУ, «ВГТУ» г. Воронеж, Российская Федерация, Смоленцев Е. В.
Д.т.н., доцент ФБГОУ ВО ВГТУ, «ВГТУ» г. Воронеж, Российская Федерация
АДДИТИВНОЕ И СУБТРАКТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Аннотация
В статье приводится сравнительный анализ аддитивного и субтрактивного производства. Рассматриваются преимущества 3D-печатных технологий для прототипирования и распределенного производства в промышленном дизайне, автомобильной, аэрокосмической, военно-промышленной сферах. Модели, изготовленные аддитивным методом, могут применяться на любом производственном этапе - как для изготовления опытных образцов, так и в качестве самих готовых изделий.
Ключевые слова
Аддитивное производство, субтрактивное производство, быстрое прототипирование, 3D-печать.
Аддитивное производство направлено на создание цельных трехмерных объектов практически любой геометрической формы на основе цифровой модели. 3D-печать основана на концепции построения объекта последовательно наносимыми слоями, отображающими контуры модели. Аддитивное производство является полной противоположностью таких традиционных методов механического производства и обработки, как фрезеровка или резка, где формирование облика изделия происходит за счет удаления лишнего материала (т.н. «субтрактивное производство»).
3D-принтерами называют станки с программным управлением, выполняющие построение детали аддитивным способом.
Хотя технология 3D-печати появилась еще в 80-х годах прошлого века, широкое коммерческое распространение 3D-принтеры получили только в начале 2010-х. Первый дееспособный 3D-принтер был создан Чарльзом Халлом, одним из основателей корпорации 3D Systems. В начале 21 века произошел значительный рост продаж, что привело к резкому падению стоимости устройств. Согласно данным
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
консалтинговой фирмы Wohlers Associates, в 2012 году объем мирового рынка SD-принтеров и сопутствующих сервисов достиг $2,2млрд., показав рост на 29% по сравнению с 2011 годом.
SD-печатные технологии используются для прототипирования и распределенного производства в промышленном дизайне, автомобильной, аэрокосмической, военно-промышленной, инженерной и многих других сферах. Согласно исследованиям, домашние SD-принтеры с открытым исходным кодом позволят отыграть капитальные затраты на собственное приобретение за счет экономичности бытового производства предметов.
Аддитивное производство подразумевает постройку объектов за счет добавления необходимого материала, а не удаления лишнего, как в случае с субтрактивными методами.
Термин «аддитивное производство» подразумевает технологии по созданию объектов за счет нанесения последовательных слоев материала. Модели, изготовленные аддитивным методом, могут применяться на любом производственном этапе - как для изготовления опытных образцов (т.н. быстрое прототипирование), так и в качестве самих готовых изделий (т.н. быстрое производство).
В производстве, особенно машинной обработке, термин «субтрактивные» подразумевает более традиционные методы и является ретронимом, придуманным в последние годы для разграничения традиционных способов и новых аддитивных методов. Хотя традиционное производство использует по сути «аддитивные» методы на протяжении веков (такие, как склепка, сварка и привинчивание), в них отсутствует трехмерная информационная технологическая составляющая. Машинная же обработка (производство деталей точной формы), как правило, основывается на субтрактивных методах - опиловке, фрезеровании, сверлении и шлифовании.
Термин «стереолитография» был определен Чарльзом Халлом в патенте от 1984 года, как «система генерирования трехмерных объектов за счет послойного формирования».
SD-модели создаются методом ручного компьютерного графического дизайна или за счет 3D-сканирования. Ручное моделирование, или подготовка геометрических данных для создания трехмерной компьютерной графики, несколько напоминает скульптуру. 3D-сканирование - это автоматический сбор и анализ данных реального объекта, а именно формы, цвета и других характеристик, с последующим преобразованием в цифровую трехмерную модель.
В связи с тем, что ручное и автоматическое создание 3D-печатных моделей может вызвать трудности у среднего пользователя. В последние годы получили распространение 3D-печатные торговые площадки. Среди наиболее популярных примеров такие сервисы, как Shapeways, Thingiverse и Threeding.
Построение модели с использованием современных технологий занимает от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от используемого метода, а также размера и сложности модели. Промышленные аддитивные системы могут, как правило, сократить время до нескольких часов, но все зависит от типа установки, а также размера и количества одновременно изготавливаемых моделей.
Традиционные производственные методы вроде литья под давлением могут обходиться дешевле при производстве крупных партий полимерных изделий, но аддитивные технологии обладают преимуществами при мелкосерийном производстве, позволяя достигнуть более высокого темпа производства и гибкости дизайна, наряду с повышенной экономичностью в пересчете на единицу произведенного товара. Кроме того, настольные 3D-принтеры позволяют дизайнерам и разработчикам создавать концептуальные модели и прототипы, не выходя из офиса.
Промышленное внедрение аддитивного производства идет высокими темпами. К примеру, совместная американо-израильская компания Stratasys поставляет установки для аддитивного производства стоимостью от $2 000 до $500 000, а компания General Electric использует устройства высокого класса для производства частей газовых турбин.
Наиболее ранним применением аддитивного производства можно считать быстрое прототипирование, нацеленное на сокращение времени разработки новых частей и устройств по сравнению с более ранними субтрактивными методами (слишком медленными и дорогими). Совершенствование технологий аддитивного производства приводит к их распространению в самых разных областях науки и промышленности. Производство деталей, ранее доступных только за счет машинной обработки, теперь
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
возможно за счет аддитивных методов, причем по более выгодной цене.
Трехмерная печать позволяет уравнять стоимость производства одной детали и массового производства, что представляет угрозу для масштабных экономик. Влияние SD-печати может оказаться подобным внедрению мануфактуры. В 1450-х никто не мог предсказать последствия внедрения печатного станка, в 1750-х никто не воспринимал всерьез появление парового двигателя, а транзисторы 1950-х казались любопытным новшеством. Но технология продолжает развитие и, вероятнее всего, окажет влияние на каждую научную и производственную отрасль, с которой она соприкоснется.
Области применения включают макетирование, прототипирование, литье и т.д.
Достижения в области быстрого прототипирования привели к созданию материалов, пригодных для производства конечных изделий, что в свою очередь способствовало развитию SD-производства готовых изделий, как альтернативы традиционным методам. Одним из преимуществ быстрого производства является относительно невысокая стоимость изготовления мелких партий [1].
Однако текущая низкая скорость печати SD-принтеров ограничивает их использование в массовом производстве. Для борьбы с этим недостатком некоторые устройства оснащаются несколькими экструдерами, позволяющими печатать разными цветами, разными полимерами и даже создавать несколько моделей одновременно. В целом, такой подход повышает производительность, не требуя при этом использования нескольких принтеров - для работы нескольких печатных головок хватает одного микроконтроллера.
Устройства с несколькими экструдерами позволяют создавать несколько идентичных объектов лишь по одной цифровой модели, но в то же время допускают использование разных материалов и цветов. Скорость печати возрастает пропорционально количеству печатающих головок. Кроме того, достигается определенная экономия электроэнергии за счет использования общей рабочей камеры, зачастую требующей подогрева. Вместе, эти два момента снижают себестоимость процесса.
Многие из принтеров оснащаются двойными печатными головками, однако данная конфигурация используется только для печати одиночных моделей разными цветами и материалами.
Одним из методов аддитивного производства является выборочное спекание порошковых материалов. Слои модели вычерчиваются (спекаются) в тонком слое порошкообразного материала, после чего рабочая платформа опускается, и наносится новый слой порошка. Процесс повторяется до получения цельной модели. Неизрасходованный материал остается в рабочей камере и служит для поддержки нависающих слоев, не требуя создания специальных опор. Наиболее распространенными являются методы, основанные на спекании с помощью лазеров: выборочное лазерное спекание (SLS) для работы с металлами и полимерами (например, полиамидом (PA), полиамидом, армированным стекловолокном (PA-GF), стекловолокном (GF), полиэфирэфиркетоном (PEEK), полистиролом (PS), алюмидом, полиамидом, армированным углеволокном (Carbonmide), эластомерами) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) [2].
Метод выборочного лазерного спекания (SLS) был разработан и запатентован Карлом Декардом и Джозефом Биманом из Техасского университета в Остине в середине 1080-х под эгидой Агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США (DARPA). Схожий метод был запатентован Р. Ф. Хаусхолдером в 1979 году, но не получил коммерческого распространения.
Выборочная лазерная плавка (SLM) отличается тем, что не спекает, а фактически расплавляет порошок с местах соприкосновения с мощным лазерным лучом, позволяя создавать материалы высокой плотности, аналогичные в плане механических характеристик изделиям, изготовленным традиционными методами.
Электронно-лучевая плавка (EBM) является схожим методом аддитивного производства металлических деталей (например, из титановых сплавов), но с использованием электронных пучков вместо лазеров. EBM основывается на плавке металлических порошков слой за слоем в вакуумной камере. В отличие от спекания при температурах ниже порогов плавления, модели, изготовленные электронно-лучевой плавкой отличаются монолитностью с соответствующей высокой прочностью.
Наконец, существует метод струйной SD-печати. В данном случае на тонкие слои порошка (гипса или пластика) наносится связующий материал в соответствии с контурами последовательных слоев цифровой модели. Процесс повторяется до получения готовой модели. Технология обеспечивает широкий диапазон
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №12-2/2016 ISSN 2410-6070_
применения, включая создание цветных моделей, навесных конструкций, использование эластомеров. Конструкция моделей может быть усилена за счет последующей пропитки воском или полимерами.
В 2010 году начались работы по применению SD-печати в условиях невесомости и низкой гравитации. Основной целью является создание ручных инструментов и более сложных устройств «по мере необходимости» вместо использования ценного грузового объема и топлива для доставки готовых изделий на орбиту.
На данный момент NASA проводит совместные тесты с компанией Made in Space, направленные на оценку потенциала SD-печати в снижении стоимости и повышении эффективности космических исследований. Детали ракет, изготовленные NASA с помощью аддитивных технологий, успешно прошли испытания в июле 201S года: две топливные форсунки показали результаты на уровне деталей, производимых традиционными методами, во время рабочих тестов, подвергших детали температурам около S 300°С и высоким уровням давления. Примечательно, что NASA готовится к запуску SD-принтера в космос: агентство собирается продемонстрировать возможность создания запасных частей прямо на орбите, вместо дорогостоящей транспортировки с земли.
Список использованной литературы:
1. Гибсон Я., Розен Д, Стакер Б. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое призводство. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. - 656 с.
2. Жиленко В.А., Краснова М.Н. SD Принтеры. Метод прямого лазерного спекания/ Инновационные технологии и оборудование машиностроительного комплекса: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016. Вып. 19. 147 с.
© Краснов А.А., Смоленцев Е.В., 2016
УДК 004.73:004.75
С.В. Кулешов, д.т.н.
в.н.с., Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
А.А. Зайцева, к.т.н.
с.н.с., Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
ПРОГРАММНО-РЕКОНФИГУРИРУЕМЫЕ ФОРМАТЫ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Аннотация
В статье рассматривается подход к решению проблемы наследования и согласования форматов в программно-реконфигурируемых телекоммуникационных системах. Данная проблема является актуальной для многих современных телекоммуникационных систем, характеризуемых интенсивным развитием. Для ее решения предлагается несколько подходов: подход метаописаний форматов, методы иерархического разбора форматов и использование концепции активных данных.
Ключевые слова
Инфокоммуникация, интернет вещей, активные данные, реконфигурация форматов,
наследование форматов
Введение
Расширение области применения новых информационных технологий в обществе вызывает необходимость их включения в парадигму исследований практически всех отраслей науки, особое место
