Грабченко А.И. и др. Интегрированные генеративные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

400

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Промышленное производство, осуществив переход от одной эпохи

технических революций к другой, изменило тенденции своего развития,

ориентируясь на новые ключевые технологии – информационные,

коммуникационные, микро-, нано-, опто-, био- и гентехнологии. Именно

эти ключевые технологии и составляют суть перехода от общества

индустриального к научному, который сулит еще не до конца осознанные

перемены.

Производственные технологии изготовления и в перспективе будут

обязательно востребованы, поскольку постоянно подстраиваются к новым

тенденциям с тем, чтобы, с одной стороны, обеспечить потребности

людей, а с другой – заранее подготовить обеспечение, необходимое для

ключевых технологий (миникомпьютеры, нанороботы, наноэлектроника,

микроизделия, новые материалы, обладающие уникальными свойствами,

новые механо-физико-химические эффекты и т. д.).

Повсеместный переход к высоким интегрированным технологиям

требует соответствующего кадрового обеспечения. Глубокая

специализация инженеров должна происходить на базе широкой

интегрированной подготовки – конструкторско-технолого-экономической.

В качестве такого разносторонне одаренного инженера первый ректор

первого инженерного вуза в Украине – Харьковского практического

технологического института – Виктор Львович Кирпичев называл

величайшую личность эпохи Возрождения – Леонардо да Винчи. К этому

же образу был близок Герон – по прозвищу Механик, работавший в

Александрии во времена Цезаря, спектр работ которого поражает своей

широтой.

Разносторонней подготовкой должен обладать любой специалист,

работающий в области интегрированных генеративных технологий,

являющихся по своей сути междисциплинарным направлением. Это

диктуется еще и тем, что существует очевидная диалектическая связь, с

одной стороны, между техническими науками и естественными,

материаловедческими, а, с другой стороны, между ключевыми процессами

и производственными технологиями изготовления.

Станут доступными новые принципы конструирования поверхности

и поверхностного слоя изделий, базирующиеся на таких достижениях, как:

 создание материалов с новым уровнем физико-механических

свойств;

401

 создание наноматериалов и нанообъектов;

 прецизионные способы обработки;

 ультрапрецизионные способы обработки;

 технологическое управление состоянием материала

поверхностного слоя;

 целенаправленное изменение состава и структуры материала

поверхностного слоя локальным лазерным и другими видами воздействия;

 физико-химические способы формообразования (атомно-

молекулярный уровень);

 синтез многослойных покрытий;

 3D измерения поверхности;

 физические методы исследования материала поверхностного слоя;

 нанотехнологии и т. д.

Реализация этих принципов откроет новые возможности получения

поверхностей, поверхностного слоя с наперед заданными

функциональными свойствами принципиально нового уровня.

Сочетание возможностей лазерной, компьютерной, вакуумной

техники, материаловедения, химии полимеров и порошковых процессов,

3D-моделирование обеспечили основу для создания абсолютно новых

высокотехнологичных наукоемких генеративных методов изготовления

(Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacture), занявших важную

нишу в триаде макро- микро- нанометрического уровней изготовления.

Появление микростереолитографических методов показало, что для Rapid-

технологий деление на макро- и микрометрические уровни достаточно

условно.

Устойчивые позиции, которые уже сейчас заняты генеративными

технологиями, реализующими принцип «от малого к большому», в

областях автомобиле- и машиностроения, в авиации, приборостроении,

электронике, бытовой технике, медицине, истории, в сфере культуры,

архитектуры, молекулярной биологии и т.д. можно рассматривать как

свидетельство того, что использование потенциала технологий послойного

выращивания изделий в будущем даст очень много нового.

402

Приложение А 1

б в

г д

Рисунок 1 – Квантоворазмерные структуры на основе наноматериалов:

а – геометрические области квантования;

б – модель квантовой точки;

в – изображение квантовой точки, образованной самосборкой атомов германия

(германиевая пирамида);

г – матрица пирамидальных квантовых точек из GaAs;

д – «атомный пейзаж» из квантовых точек

403

а б

в г

д е

Рисунок 2 – Примеры «атомного дизайна» поверхности с помощью

различных методов зондовой сканирующей микроскопии:

а – исторически первое СТМ-изображение с атомным разрешением:

поверхность золота, на которой отчетливо виды ряды атомов;

б – первое практическое достижение нанотехнологии: надпись «IBM»,

выполненная 35-ю атомами ксенона на поверхности монокристалла никеля с

помощью сканирующего туннельного микроскопа;

в – «пляшущий человечек», выложенный молекулами монооксида углерода;

г – иероглифы, выложенные атомами железа на поверхности меди;

д – поатомная сборка «квантового загона» для электрона из 48 атомов железа на

поверхности кремния; е – в собранном «загоне» видны стоячие волны

электронной плотности захваченного ловушкой электрона

404

а б

в г

Рисунок 3 – Примеры структур, полученных самоорганизацией и самосборкой:

а – керамический носитель катализатора для различных химических процессов;

б – керамика с полыми каналами, которая может быть использована как

компонент композита, как носитель катализатора, а так же как капиллярная

среда для теплообменников; в – нитевидные кристаллы для создания

высокопрочных композитов; г – массив самоупорядоченных «ветвистых»

нанокристаллов двух полупроводников с разным типом проводимости для

создания термоэлектрических элементов; д – слоистая биологическая структура,

полученная на основе принципов самоорганизации и самосборки, для

применения в биосенсорах и для точной доставки лекарственных препаратов

405

б в

г д

е ж

Рисунок 4 - Примеры структур на основе углеродных кластеров

а – фуллерены С

, С

; б – многослойный фуллерен С

/С

240

;

в – многослойная нанотрубка; г – «колонии» углеродных нанотрубок;

д – «связки» углеродных нанотрубок на поверхности кремния; е – материал на

основе множества слоев углеродных нанотрубок, наполненных золотом,

предназначенный для преобразования радиационной энергии в электрическую;

ж – «наноковер» из углеродных нанотрубок одинакового размера,

используемый в качестве фильтра

406

а б

в г

Рисунок 5 – Примеры композиционных структур на основе различных

наноматериалов:

а – композиционный материал «фуллерен-нанотрубка» (схематическое

представление и СТМ-изображение): внутри углеродной нанотрубки находится

цепочка из фуллеренов С

с внедренными в них атомами гадолиния Gd;

б – «гибридный наноматериал» из одностенных углеродных нанотрубок, к

внешней стороне которых «привиты» молекулы фуллеренов;

в – композиционный материал «нанотрубки-наночастицы» на основе

углеродных трубок с наночастицами кобальта в их полости; г – композиционные

материал из самоорганизованных углеродных нанотрубок и

самоорганизованных многослойных пленок графена (пленок со структурой

графита толщиной в один атом); д – композит из углеродных нанотрубок с

осажденными на них наночастицами серебра

407

а б

в г

Рисунок 6 – Примеры применения нанотехнологий в различных отраслях:

а – прообраз квантового компьютера (250 атомов цезия «заперты» с помощью

лазера в оптической решетке); б – квантовый компьютер (компания D-Wave

Systems, Канада); в – интегрированный прибор «lab-on-chip» медицинского

назначения, позволяющий провести скоростной генетический анализ

биологических материалов:H1-H4 – нагреватели и термодатчики; г – общий вид

биодатчика (углеродные нанотрубки на кремниевом «чипе»);

д – формообразование трехмерных структур для наносенсоров различного

назначения с помощью интегрированной RP-нанотехнологии («выжигание»

лазером на поверхности массива нанотрубок)

408

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Литература к разделу 1

1. Введение в организацию производства : учеб. пособ. /

Весткемпер Э., Декер М., Эндоуби Л. и др.; под общ. ред. А.И. Грабченко.

– Х.: НТУ «ХПИ», 2008. – 376 с.

2. Грабченко А.І., Верезуб М.В., Внуков Ю.М., Мельничук П.П.,

Виговський Г.М. Робочі процеси високих технологій у машинобудуванні :

підручник для студентів вищих навчальних закладів. – Житомир: ЖДТУ,

2003. – 451 с.

3. Lean Production. Tagunseand. Band 1 und 2 – Technische Universität

Otto von Guericke Magdeburg, 1992.

4. Інтегровані технології і підготовка керівників технічного прогресу

/ Грабченко А.І., Грабченко Н.І., Кавалець М., Лієрат Ф., Мамаліс А. //

Проблеми та перспективи формування національної гуманітарно-технічної

еліти – Х., НТУ „ХПІ”. – 2002. – С. 118–123.

5. Технологичность конструкции изделия : справочник / под ред.

Ю.Д. Амирова. М.: Машиностроение, 1990. – 768 с.

6. Скородумов С.В. Создание и развитие систем компактного

интеллектуального производства // Литейное производство. – М. – №7. –

1999. – С. 28–33.

Литература к разделу 2

1. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и

изготовления: монография / Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И.,

Чернышов С.И. и др.; под ред. Л.Л. Товажнянского и А.И. Грабченко. – Х.:

ОАО «Модель Вселенной», 2005. – 224 с.

2. Рабочие процессы высоких технологий в машиностроении: учеб.

пособ. / Верезуб Н.В., Весткемпер Э., Внуков Ю.Н. и др.; под ред.

А.И. Грабченко. – Х.: ХГПУ, 1999. – 436 с.

409

3. Gephardt Andreas. Generative Fertigungsverfahren. Rapid

Manufacturing – 3. Auflage – Carl Hanser Verlag, Munchen. – 2007. – 500 s.

4. Бобров В.В., Голованов И.В. и др. Основы метода селективного

лазерного спекания металл-полимерных порошковых композиций :

ФИАН. №14. – М.: 1996. – 19 с.

5. Хейфец М.Л. Формирование свойств материалов при послойном

синтезе деталей. – Новополоцк : ПГУ, 2001. – 156 с.

Литература к разделу 3

1. Базров Б.М. Основы технологии машиностроения: учебник для

вузов. – М.: Машиностроение, 2005. – 736 с.

2. Введение в организацию производства: учеб. пособие /

Э. Весткемпер, М. Декер, Л. Ендоуби, А.И. Грабченко, В.Л. Доброскок;

пер. с нем.: под общ. ред. А.И. Грабченко. Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. –

376 с.

3. Грабченко А.И., Доброскок В.Л., Чернышов С.И. Прогнозирование

времени полного цикла изготовления изделий методом селективного

лазерного спекания // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія,

освіта, здоров'я: Матеріали міжнародної науково-практичної конференції

17-18 травня 2007 р. – Харків: Курсор, 2007. – С. 4–21.

4. Обобщенная модель времени полного цикла изготовления

изделий генеративными технологиями макроуровня / Грабченко А.И.,

Доброскок В.Л., Чернышов С.И., Абдурайимов Л.Н. // Високі технології в

машинобудуванні: Зб. наук. пр. – Х.: НТУ "ХПІ". – 2006. – Вип. 1(12). –

С. 3–16.

5. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло в вычислительной математике:

Вводный курс. – СПб.: Невский Диалект; М.: БИНОМ. Лаборатория

знаний, 2009. – 192 с.

6. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и

изготовления. Монография: 2-е изд., перераб. и доп. / Товажнянский Л.Л.,