CC BY
39УДК 62-772.2
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ 3D - МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ РЕМОНТЕ
МАЛОНАГРУЖЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС Ольга Владимировна Бердюгина - доцент кафедры технологических и транспортных
машин ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, улица Карла Либкнехта 42, тел: 922-61377-64, E-mail: berdyuginao@yandex.ru)
Байвердиев Анар Азад-Оглы студент 2 курса направление 35.03.06 Агроинженерия -профиль Технические системы в агробизнесе. Кафедра - кафедра транспортно-технологических машин и сервиса. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620050 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Билимбаевская 7. Уральский аграрный государственный университет, тел. +7 (343) 932-617-68-46, E-mail: territi66@mail.ru)
Носков Алексей Иванович студент 2 курса направление - 35.03.06 Агроинженерия, -профиль Технические системы в агробизнесе. Кафедра - транспортно-технологических машин и сервиса. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620200 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Июльская 20. Уральский аграрный государственный университет, тел. +7 (343) 902-261-54-39, E-mail: alNos98@yandex.ru)
Плеханов Данил Константинович студент 2 курса направление 35.03.06 Агроинженерия -профиль Технические системы в агробизнесе. Кафедра - кафедра транспортно-технологических машин и сервиса. ФГБОУ ВО Уральский ГАУ
(620130 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Чайковского 60. Уральский аграрный государственный университет, тел. +7 (343) 950-644-24-44, E-mail: doodle_grom@mail.ru)
Рецензент Л. А. Новопашин - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО Уральский государственный аграрный университет
(620075 Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Карла Либкнехта, д. 42 тел. +7 (343) 371-33- 63, Е-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Ключевые слова: 3Б-моделирование и 3Б-печать, технология ремонта, ремонт пластмассовых деталей, аддитивные 3d технологии, междисциплинарный групповой проект. Аннотация
Использование технологии 3Б-моделирования и 3Б-печати при ремонте малонагруженных деталей из пластмасс, что позволяет упросить ремонт данного вида деталей и сократить время на его выполнение. Рассмотрен процесс замены цилиндрического шарнира в учебной модели планетарного механизма. Приведены этапы ремонта изделия с помощью 3Б-моделирования и печати при выполнении междисциплинарного группового проекта.
REPAIR OF PLANETARY GEAR WITH 3D - MODELING O.V. Berdyugina - associate Professor of the Department of technological and transport machines The Ural state agrarian University
(620075 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42. The Ural state agrarian University, phone +7 (343) 922-613-77-64, E-mail: berdyuginao@yandex.ru)
A.A.O. Bayverdiev the student in the direction of 35.03.06 agro engineering, profile of Technical systems in agribusiness. Department-transport and technological machines and service. Of the Ural SAU (620050 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Bilimbaevskaya street 7. The Ural state agrarian University, phone +7 (343) 902-261-54-39, E-mail: territi66@mail.ru)
A.I. Noskov the student in the direction of 35.03.06 agro engineering, profile of Technical systems in agribusiness. Department-transport and technological machines and service. Of the Ural SAU (620200 Sverdlovsk region, Ekaterinburg, Iyulskaya street 20. The Ural state agrarian University, phone +7 (343) 902-261-54-39, E-mail: alNos98@yandex.ru)
D.K. Plekhanov the student in the direction of 35.03.06 agro engineering, profile of Technical systems in agribusiness. Department-transport and technological machines and service. Of the Ural SAU
(620130 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Tchaikovsky str. 60. Ural agrarian state University, phone +7 (343) 950-644-24-44, E-mail: doodle_grom@mail.ru)
Reviewer L. A. Novopashin - candidate of technical Sciences, associate Professor, Ural state agrarian University (620075 Sverdlovsk region, Yekaterinburg, Karl Liebknecht str., 42 tel. +7 (343) 37133-63, E-mail: novopashin-leonid@ya.ru)
Keywords: 3D modeling and 3D printing, repair technology, plastic parts repair, additive 3d technologies, interdisciplinary group project. Summary
The use of 3D-modeling and 3D-printing technology in the repair of low-loaded plastic parts, which allows you to simplify the repair of this type of parts and reduce the time for its implementation. The process of replacing a cylindrical hinge in a training model of a planetary mechanism is considered. Stages of repair of a product by means of 3D-modeling and the press at performance of the interdisciplinary group project are resulted.
Основная часть.
3D - моделирование — это проектирование трёхмерной модели по заданному чертежу или эскизу. На сегодняшний день сфера 3D-моделирования и 3D-печати получила широкое развитие во многих сферах жизни человека. Трёхмерные технологии открывают перед инженерами огромные возможности. Трёхмерное моделирование на сегодняшний день активно внедряется в сферу образования. Это позволяет студентам использовать данные современные технологии в изучении различных дисциплин и при выполнении различных учебных и научных проектов. При
этом процесс обучения становится наглядным и интересным, к тому же обучающиеся получают навыки работы в дальнейшей своей профессиональной деятельности в любой сфере с использованием 3Б - технологий. Данная технология обучения позволяет подготовить конкурентоспособных специалистов, выдерживающих требования сегодняшнего рынка труда
3Б - принтеры могут стать хорошими помощниками в учебном процессе, обладая следующими достоинствами:
1) печать довольно крупных моделей любых форм;
2) печать прототипов изделий;
3) печать геометрических объектов, тестирование математических формул на конкретных моделях;
4) некоторые технологии позволяют использовать простое и интуитивно понятное программное обеспечение. [4].
В последние годы 3D - печати набирают высокий оборот развития.
В современном университете студенты активно занимаются научной деятельностью, постоянно создают проекты, связанные с трёхмерным моделированием, которые используются в различных машинах и механизмов. Трёхмерное моделирование использовалось так же при ремонте деталей. В нашем университете используют данную технологию на создание проектов, таких как:
1) Беспилотные летательные аппараты в сельском хозяйстве для проведения анализов полей [1].
2) Методы ремонта машин [2].
3) Проект роторной гидропоники [3].
Благодаря компьютерным технологиям проектирования, инженер освобождается от рутинной, нетворческой информационной работы при решении научно-исследовательских, проектно-конструкторских и технологических задач, что повышает производительность его труда
[5].
Хочется отметить преимущества, которые предоставляет машиностроителям 3D-печать. Во-первых, традиционные технологии ранее не позволяли делать компоненты со сложной геометрией. Для этого приходилось предпринимать массу более сложных и дорогих приемов, но не всегда с должным результатом. 3D-печать ликвидирует эту проблему и позволяет делать детали самой разной степени сложности и конфигурации.
Во-вторых, 3D-печать значительно сокращает сроки производства. Весь процесс может занимать всего лишь несколько часов, в то время как производство по традиционным методам -недели или месяцы.
В-третьих, 3D-печать снижает роль «человеческого фактора», а в ряде случаев его полностью ликвидирует, что влечет за собой большую точность и более высокое качество изделий, а также сокращает возможность допуска ошибок.
В-четвёртых, с помощью 3D-оборудования снижается себестоимость продукции, улучшаются ее параметры, а также улучшаются характеристики многих изделий и их возможности.
В-пятых, 3D-печать создает возможности по управлению физико-механическими свойствами компонентов и даже целых систем с помощью смешивания различных расходных материалов.
Новые возможности появляются после разработки и внедрения 3D-оборудования и в машиностроительной отрасли. Пока еще не везде, но в целом ряде направлений аддитивные технологии начали быстро вытеснять традиционные методы производства. В машиностроении 3D-печать создает условия, позволяющие решать самые разные задачи эффективно, быстро и качественно. Среди этих задачи можно отметить следующие:
разработка прототипов и изготовление новых компонентов и агрегатов (концепт-модели, тестовые образцы);
создание более современных систем или их элементов;
производство ремонта или замены старых деталей.
Для агроинженеров большую часть их производственной деятельности занимает организация и выполнение ремонта различных деталей сельскохозяйственной техники и машин для переработки сельскохозяйственной продукции. Поэтому нами совместно с преподавателем была выбрана тема для междисциплинарного группового проекта - «Применение 3Б-моделирования и печати при ремонте малонагруженных пластмассовых изделий».
Возможность 3D-печати при выполнении проекта даёт возможность получить готовый «продукт» - деталь для замены, вышедшей из строя, что позволяет оказать реальную помощь для учебного процесса и закладывает возможности для продолжения научной деятельности нами по данной теме.
Для использования 3Б-моделирования при ремонте малонагруженных пластмассовых деталей, преподавателем Бердюгиной О.В. была поставлена задача нашей группе студентов -произвести замену пришедшего в негодность разрушенного цилиндрического шарнира модели планетарного редуктора. (рис 1).
Рисунок 1. Поврежденный шарнир модели редуктора
Нам необходимо было создать с помощью 3D-принтера аналог втулки разрушенного шарнира.
При выполнении данного междисциплинарного проекта нам пришлось применить знания таких дисциплин как инженерная и компьютерная графика, теоретическая механика, информационные технологии в профессиональной деятельности.
Для реализации данного проекта был составлен план выполнения работ:
1)Снятие параметров с существующей детали.
2)Произвести прототипирование.
3)Проектирование 3Б и 2Б - модели с учетом технологических особенностей печати на 3Б -принтере (рис. 2, 3).
Рисунок 2. 2D модель детали
Рисунок 3. 3Б модель детали
После реализации данных задач необходимо распечатать деталь на 3Б - принтере. Чаще всего для печати используется пластик РЬЛ, так как этот пластик является биоразлагаемым,
термопластичным. Натуральное природное сырье в составе пластика позволяет без угрозы здоровья человека применять его для различных целей. Производят его из кукурузы или сахарного тростника. Температура плавления пластика 173-178° C, точность печати ±0.1%.
Готовый эскиз сохраняется в специальном формате, нарезается такими программами как: Ultimaker Cura., TinkerCAD, Slic3r, Repetier-Host и другие. При этом толщина каждого из слоёв определяется возможностями 3D - принтера и выбранными настройками для печати. Каждый слой сводится в двоичный командный код, который получает устройство и, согласно положению, наносится слой материала. Слой за слой создается объект. Такая технология производства детали называется аддитивной 3D технологией.
После создания втулки шарнира она была поставлена на ось модели редуктора и произведена сборка с помощью болтового соединения (рис. 4).
Рисунок 4. Модель редуктора с восстановленным шарниром
Вывод: Результаты данного проекта дали студентам возможность применить навыки трехмерного моделирования при ремонте малонагруженных деталей. Проектная деятельность, лишенная строгих университетских требований, дала возможность изучить проблемы ремонта с помощью любых доступных инструментов, средств и знаний. Выполнение данного проекта раскрывает инженерные способности будущих специалистов и прививает творческое мышление.
Мелкосерийное производство пластиковых деталей методом 3D - печати является хорошей альтернативой традиционным методам производства и ремонта. Так как изготовление деталей на 3Б - принтере может быть намного дешевле и быстрее, по сравнению с традиционными методами производства. Более того, производство аналогов деталей на 3Б - принтере позволяет создать почти любую форму изделия, в отличие от литья в силикон, литья под давлением или фрезерования. Мелкосерийное производство пластиковых изделий на 3Б - принтере не требует изготовления дорогостоящей оснастки, и при этом позволяет в любой момент поменять форму и его характеристики.
Библиографический список
1. Садов А.А., Гладков А. В. / Возможность использования беспилотных летательных аппаратов в сельском хозяйстве для проведения анализов полей/ А.А. Байвердиев, П.Н. Шорохов / Научный Технический Вестник Технические системы в АПК. 2019. - №3. - C. 19 -24.
2. Некрасов Ю.Н Методы ремонта машин: пути и решения / Ю.Н. Некрасов, А.А. Садов, А.А. Каратаев, Л.А. Новопашин / Молодежь и наука. - 2017. - № 3. - С. 123.
3. Садов А.А., Носков А.И. / Проект роторной гидропонной установки с автоматизированным процессом выращивания культур / К.М. Потетня / Научный Технический Вестник Технические системы в АПК. - 2019. - № 3. - С. 39-45.
4. Гриц М.А., Дегтярева А.В., Возможности 3D-технологий в образовании / Актуальные проблемы авиации и космонавтики/ Д.А. Чеботарева 2015. №11. URL: https://cyberleninka.m/article/n/vozmozhnosti-3d-tehnologiy-v-obrazovanii (дата обращения: 22.10.2019).
5. Ерохин М. Н., Казанцев С. П. Компьютерные технологии проектирования в учебном процессе агроинженерных вузов/ А. С. Дорохов / Вестник ФГОУ ВО МГАУ. 2010. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kompyuternye-tehnologii-proektirovaniya-v-uchebnom-protsesse-agroinzhenernyh-vuzov (дата обращения: 22.10.2019).
6. Салахов Р. Ф., Салахова Р. И., Возможности 3D-печати в образовательном процессе/ Г. З. Наилевна / Филологические науки. Вопросы теории и практики. 2017. №6-2 (72). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnosti-3d-pechati-v-obrazovatelnom-protsesse (дата обращения: 22.10.2019).
Bibliographic list
1. Sadov A. A., Gladkov A.V. / the Possibility of using unmanned aerial vehicles in agriculture for field analysis/ A. A. Bayverdiev, P. N. Shorokhov / Scientific technical Bulletin Technical systems in agriculture. 2019. - No. 3. - P. 19 - 24.
2. Nekrasov Yu. N. methods of repair of machines: ways and solutions / Yu. n. Nekrasov, A. A. Sedov, A. A. Karataev, L. A. Novopashin / Youth and science. - 2017. - No. 3. - Pp. 123.
3. Sadov A. A., Noskov A. I. / Project of rotary hydroponic plant with automated process of growing crops / K. M. Potetnya / Scientific technical Bulletin Technical systems in agriculture. - 2019. - No. 3. - Pp. 39-45.
4. Grits M. A., Degtyareva A.V., Chebotareva D. A. Possibilities of 3D technologies in education. Actual problems of aviation and cosmonautics. 2015. No. 11. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnosti-3d-tehnologiy-v-obrazovanii (accessed 22.10.2019).
5. Erokhin M. N., Kazantsev S. P. Computer-aided design technologies in the educational process of
agricultural engineering universities / A. S. Dorokhov / Vestnik FGOU V MGAU. 2010. No. 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kompyuternye-tehnologii-proektirovaniya-v-uchebnom-protsesse-agroinzhenernyh-vuzov (accessed 22.10.2019).
6. Salakhov R. F., Salakhova R. I., Possibilities of 3D printing in educational process/ G. Z. Nailevna / Philological Sciences. Questions of theory and practice. 2017. No. 6-2 (72). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnosti-3d-pechati-v-obrazovatelnom-protsesse (accessed 22.10.2019).
