CC BY
13
УДК 67.02
ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В ПРОИЗВОДСТВЕ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Н. А. Сороковиков, В. А. Вавилин, Н.А. Амельченко, С. С. Ковязин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sorokovikov-nikita@mail.ru
Рассмотрены особенности формирования изделий из полимерных материалов с применением аддитивных технологий. На основе анализа определена группа полимерных материалов, которые рекомендуется использовать для производства изделий разного назначения.
Ключевые слова: аддитивные технологии, полимерные материалы, производство.
USE OF ADDITIVE TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OF SPACE ROCKET EQUIPMENT
N. A. Sorokovikov, V. A. Vavilin, N. A. Amelchenko, S. S. Kovyazin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: sorokovikov-nikita@mail.ru
The features of the formation of products from polymeric materials using additive technologies are considered. Based on the analysis, a group of polymeric materials has been determined that are recommended to be used for the production of products for various purposes.
Keywords: additive technologies, polymeric materials, production.
Разработка нового вида изделия - длительный и трудоемкий процесс, требующий нескольких этапов проектирования и оценки до того момента, как начнется массовый выпуск. В процессе работы над новым проектом, особенно на стадии комплексного проектирования, трудно выявить различные ошибки и недостатки. Прототип позволяет конструкторам выполнить доработку и провести некоторые функциональные тесты, а также может служить мастер-моделью для изготовления инструментальной оснастки.
Однако проблема изготовления первого физического образа и даже отдельной детали для изделия, сложной формы остается наиболее узким местом, поскольку разработка технологии изготовления детали и соответствующей оснастки зачастую требует затрат, сопоставимых со стоимостью разработки самого изделия. А поскольку производство ракетно-космической техники является единичным, важную роль играет конструкторско-технологическая подготовка производства. Именно поэтому, в конце 80-х начали интенсивно развиваться технологии формирования трехмерных объектов не путем удаления материала, а путем постепенного наращивания материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства.
На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трехмерных объектов по их компьютерным образам, аддитивные технологии. Одной из самых распространённых, является технология FDM (Fused Deposition Manufacturing) основанная на послойном наложении расплавленной полимерной нити.
На рис. 1 приведена схема процесса экструзии.
Пруток на катушке, поступает в экструдер. В нём плавится и, проходя через сопло, слоями наносится на поверхность стола. В ходе этого процесса печатается модель.
Секция «Технологииракетостроения»
Преимущество этой технологии заключается в том, что существует большой выбор материалов, позволяющих пользователю подбирать именно тот, который лучше всего соответствует его требованиям к изготавливаемому изделию [1].
Рис. 1. Экструдер
Примерами материалов могут служить:
1. ABS - ударопрочный материал, относящийся к инженерным пластикам. Обладает высокой прочностью и износостойкостью. Самый популярный и универсальный материал, используемый в SD-печати. Подходит для изготовления функциональных деталей, сувениров, посуды, детских игрушек.
2. PLA - биоразлагаемый, биосовместимый, термопластичный материал. Сырьем для производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник. Используется для производства изделий с коротким сроком службы, например, для пищевых упаковок, одноразовой посуды, пакетов, различной тары и других изделий.
3. Nylon - обладает повышенной прочность на разрыв и гибкостью. Его отличительными особенностями являются хорошее соединение с поверхностью, высокая водонепроницаемость, хорошее сопротивлению разрыву и возможность впитывать краску. Модели, напечатанные с применением данного материала, имеют натурально белый цвет с прозрачной поверхностью. Пластик также легко можно окрасить как до печати, так и после.
4. LAYWOOD - композитный материал на 40 % состоящий из натурального дерева и безопасного связующего полимера. После печати он выглядит как изделие из дерева, пахнет деревом и приятен на ощупь. Кроме того, изделия из данного материала можно резать, шлифовать и разрисовывать аналогично любым деревянным объектам.
5. PET (полиэтилентерефталат) - бесцветная нить с очень высоким уровнем прозрачности. Материал легкий и ударопрочный. С применением данного материала можно создавать уникальные прозрачные модели подобно моделям из стекла.
6. Laybrick - полимер с эффектом песчаника для SD-печати.
Ещё одной отличительной особенностью, является возможность смены материала в процессе печати.
FDM-системы просты в обслуживании и не требуют специальных условий работы (вентиляции, дополнительной инфраструктуры) и могут размещаться в офисе у рабочего места конструктора. Имеют модульную конструкцию, что позволяет наращивать возможности системы.
Изделия, изготовленные по технологии FDM, имеют достаточную прочность для того, чтобы оценить их формы и провести сборку конструкции. У некоторых установок точность по осям X, Y составляет 0,01мм, что позволяет использовать изделия в качестве литейных моделей [2; 3].
Что касается производства готовых изделий, то сейчас активно применяется технология DMLS - прямое лазерное спекание металлов, основанная на спекании металлического порошка оптоволоконными лазерами. Геометрическая сложность построения изделий практически не имеет ограничений, а точность изготовления составляет около 20 мкм.
На сегодняшний день такие крупные компании как NASA и Space X уже применяют технологию DMLS для производства ракетных двигателей (рис. 2) [4].
Рис. 2. Фотографии деталей ракетного двигателя Super Draco компании Space X
Таким образом, на основе проведенного анализа можно заявить, что аддитивные технологии имеют огромный потенциал в различных отраслях машиностроения, включая ракетно-космическую промышленность. Аддитивные технологии - это наиболее перспективное направление современной технологической мысли.
Библиографические ссылки
1. Антонова В. С., Осовская И. И. Аддитивные технологии : учеб. пособие / ВШТЭ СПбГУПТД. СПб., 2017. 30 с.
2. Зленко М. А., Нагайцев М. В., Довбыш В. М. Аддитивные технологии в машиностроении / // пособие для инженеров. М. : ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» 2015. 220 с.
3. Make 3D [Электронный ресурс]. URL: https://make-3d.ru/news/kak-additivnye-texnologii-pomogayut-v-raketostroenii-i-aviakosmicheskoj-otrasli/ (дата обращения: 31.03.2019).
4. 3D-today [Электронный ресурс]. URL: https://3dtoday.ru/wiki/DMLS_print/ (дата обращения: 31.03.2019).
© Сороковиков Н.А., Вавилин В. А., Амельченко Н. А., Ковязин С. С., 2019
