- 06.10.2020
- 3042
- 22
УДК 004.94
РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ АВИАЦИОННОЙ
ТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ 3D МОДЕЛИРОВАНИЯ И
ПРОТОТИПИРОВАНИЯ
Ильющенко Н.В., Уланович А.В.
Научный руководитель: ст. преподаватель Селезнев В.А.
Брянский государственный университет имени академика
И.Г.Петровского
Электронная почта: selesnev@rambler.ru
Бурное развитие технического прогресса существенно изменило сущность авиационного моделирования. Если ранее создаваемые в технических кружках авиамодели являлись довольно простыми по конструкции и примитивными с точки зрения управляемости и технических характеристик, то широкое развитие разнообразных конструкций радиоуправляемых моделей самолетов, вертолетов и др. технических устройств коренным образом изменили ситуацию в этой области технического творчества. Эти виды моделей по своей конструкции и функциональным свойствам практически не отличаются от своих натуральных прототипов за исключением размеров. Особая роль, в современных условиях, развитию технического творчества отводится компьютерным технологиям. В этой работе нами предложена апробированная инновационная методика проектирования и производства деталей авиамоделей из пластика на основе компьютерных технологий и прототипирования.
С помощью компьютерных систем можно выполнять объемные 3D модели изделий, что позволяет на стадии проектирования оценить свойства разработки. Методика «компьютерного инжиниринга», реализованная в ряде компьютерных программ, даёт возможность на основе разработанной объемной модели создавать конструкторскую документацию для дальнейшего изготовления деталей (см. рис. 1) [2].
К числу программных продуктов, в полной мере позволяющих решать подобные проектные задачи можно отнести свободно распространяемые интегрированные конструкторско-технологические системы ADEM 7.0 SLt и ADEM 8.1 CAD/CAM/CAPP компании ADEM – авторизованного партнера
AutoDesk. Они содержит все необходимые разделы для черчения, объемного моделирования, оформления конструкторской и технологической документации. Профессиональные программы компании ADEM широко применяются и в авиастроении, ряд деталей самолета Sukhoi Superjet 100 разрабатывались и изготавливались с помощью этой интегрированной конструкторско-технологической системы по безбумажным технология. Инновационные процессы в компьютерных технологиях позволяют объединить преимущества виртуального и физического моделирования.
Рис.1 «Компьютерный инжиниринг» при разработке 3D модели крыла
В настоящее время разработаны процессы быстрого прототипирования (Rapid Prototyping, RP) – это послойное построение физической модели (прототипа) в соответствии с геометрией CAD-модели. Промышленные комплексы для прототипирования имеют достаточно широкие возможности и поэтому достаточно дороги для использования в моделировании, для этих целей авторы разработали более простую и соответственно дешевую конструкцию 3D принтера на основе комплекта для сборки подобных устройств RepRap Prusa Mendel [1].
|
|
Для разработки конструкции 3D принтера была выбрана технология FDM, как наиболее приемлемая с точки зрения простоты её реализации в конструкции и дешевизны расходных материалов. При FDM–процессе (FDM– Fused Deposition Manufacturing - послойное наложение расплавленной полимерной нити) термопластичный моделирующий материал, диаметр которого составляет 1,5 или 3 мм подаётся через экструзионную (выдавливающую) головку с контролируемой температурой, нагреваясь в ней до полужидкого состояния (см. рис. 3). Выдавливающая головка наносит материал очень тонкими слоями на неподвижное основание в соответствии с геометрией математической модели детали, разработанной в системе CAD. Математическая модель передается в формате STL в специальное программное обеспечение Insight, которое автоматически оптимальноориентирует ее относительно рабочей зоны установки и разбивает на горизонтальные слои. Затем в Insight (тоже автоматически) определяется необходимость применения поддерживающих элементов для нависающих частей модели.
Сгенерированные данные
передаются на установку, и начинается процесс послойного создания модели.
Головка выдавливает материал с очень высокой точностью. Последующие слои также
ложатся на предыдущие, солидифируются (отвердевают), соединяются друг с другом
[3]. Создание объемных моделей на этом устройстве производится послойным
наплавлением разогретой пластмассы подаваемой в зону контакта. В качестве
рабочего материала используется шнур из пластмассы диаметром 3 мм. Маршрут от
проектирования до получения готового изделия показан на рис. 2.
Рис.2 Маршрут проектирования и изготовления авиамодели из пластика
В качестве моделирующего материала применяется нить диаметром 1.5 или 3 мм из пластика ABS. АБС-пластик (полное название акрилонитрилбутадиенстирол или акрилонитрилбутадиенстирольный сополимер) имеет аморфную структуру и относится к группе сополимеров стирола, наряду с сополимерами САН, АСА, СБС. АБС-пластик является одним из наиболее широко применяемых конструкционных термопластов. Материал используется в таких отраслях промышленности, как авиастроение, автомобилестроение, электротехника и электроника и др. Применение АБСпластика в качестве моделирующего материала обусловлено сбалансированностью механических свойств: высокая жесткость (модуль упругости = 2000 МПа - 2700 МПа) и стойкость к ударным нагрузкам (ударная вязкость по Изоду стандартных марок на уровне 20-25 кг-см/см), в том числе при низких температурах по сравнению с полистиролом, ударопрочным полистиролом и сополимером САН, это позволяет использовать материал для получения тонкостенных и прочных изделий, что присуще деталям в авиамоделировании. Пластик поставляется в бобинах весом один килограмм и имеет достаточную палитру цветов. После окончания процесса моделирования изделие можно почти сразу использовать для дальнейшей окраски и сборки, поскольку не требуется его длительная последующая доработка.
Это принципиально отличает процесс FDM от
других RP-технологий, в соответствии с которыми процесс доводки моделей требует
значительных временных затрат и наличия лабораторий, оборудованных специальными системами вытяжки и охлаждения.
В результате проведенных технологических исследований принтера получены следующие технические характеристики получаемых моделей:
- точность воспроизведения заданных размеров по осям X ,Y и Z ± 0.1 мм;
- шероховатость поверхности в плоскости X и Y (горизонтально) - Ra 3.2 мкм, в направлении оси Z (вертикально) - Ra 6.3 мкм;
- плотность материала модели – 1,05 г/см³; - предел прочности на разрыв – 2400 МПа (23ºС); - ударная прочность – 130 (при 23ºС).
Предложенная технология позволяет создавать изделия различной сложности без дополнительной доработки, а также получать детали с замкнутыми полостями внутри, что позволяет снизить вес летательного аппарата без снижения его прочности. Описанные аддитивные процессы можно применять для создания деталей сложной формы и для реального авиастроения. Разработанная технология компьютерного проектирования и изготовления деталей из пластика методом прототипирования апробирована на кафедре теории и методики профессионально-технологического образования Брянского государственного университета имени академика И.Г.Петровского в рамках изучения учебной дисциплины «Конструирование и моделирование технических устройств» и даёт несомненные преимущества перед традиционными способами изготовления подобных изделий.
Литература:
1. Ильюшенко Н., Уланович А., Селезнев В.А. Компьютерные 3D технологии и прототипирование при разработке и изготовлении моделей технических устройств. В сб.: «Научное сообщество студентов XXI столетия»: материалы III студенческой международной заочной научно-практической конференции. Часть VI. (23 мая 2012 г.) – Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. С. 147-152.
2. Селезнев В.А. Конструирование и моделирование технических устройств. Учебное пособие для студентов специальностям 050501.65 «Профессиональное обучение», 050502.65 «Технология и предпринимательство». – Брянск: Издательство ООО «Ладомир», 2010. – 110 с.
3. Ильюшенко Н.В., Селезнев В.А., Уланович А.В. Электронный информационный образовательный ресурс: <Объемное компьютерное 3D моделирование изделий и их изготовление из пластика методом прототипирования> Свидетельство о регистрации электронного ресурса ОФЭРНиО РАО ГАН №18466 от 24.07.2012.
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Приведены материалы разработанные студентами под руководством автора и опубликованные в сборнике научных трудов Проблемы и перспективы развития авиации и авиастроения России: Всероссийская научно-техническая конференция/ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. – Уфа: УГАТУ, 2013. В статье предложена технология изготовления деталей авиамоделей из пластика методом прототипирования на 3Dпринтере. Описан процесс сквозного проектирования - от создания компьютерной 3D модели до получения готового изделия. Материалы будут полезны руководителям кружков технического творчества.
6 660 283 материала в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Селезнев Владимир Аркадьевич. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс профессиональной переподготовки
500/1000 ч.
Курс профессиональной переподготовки
300/600 ч.
Курс повышения квалификации
72/180 ч.
Курс профессиональной переподготовки
600 ч.
Мини-курс
5 ч.
Мини-курс
4 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.