Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И. и др. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и изготовления

Подождите немного. Документ загружается.

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

УСКОРЕННОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ

И ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт»

Л.Л. Товажнянский, А.И. Грабченко, С.И. Чернышов, Н.В.

Верезуб, Ю.Б. Витязев, В.Л. Доброскок, X. Кнут, Ф. Лиерат

Интегрированные технологии

ускоренного прототипирования

и изготовления

научное издание

(2-е издание, переработанное и дополненное)

Под редакцией д-ра тех. наук Л.Л. Товажнянского

и д-ра тех. наук А.И. Грабченко

ОАО "Модель Вселенной"

Харьков, 2005

ББК 34.6373

УДК 621.91

И 73

Рецензенты: Перепелица Б.А. - д-р техн. наук, профессор НТУ

«ХПИ», Внуков Ю.А. - д-р техн. наук, зав. кафедрой

Запорожского национального технического университета

И-73 Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и

изготовления.

Монография./ Под редакцией д-ра техн. наук

Л.Л. Товажнянского, д-ра техн. наук А.И. Грабченко. –Харьков:

ОАО "Модель Вселенной", 2005. - 224 с. - Язык русский.

ISBN 966-7875-12-1

Излагается концепция высоких интегрированных генеративных

технологий макро-, микро- и наноуровня.

Приводятся характеристики и области преимущественного

применения различных способов Rapid Prototyping, Rapid Tooling,

Rapid Manufacturing, послойного нанесения и модификаций

покрытий, принципы их интеграции в рамках единых технологий.

Предназначена для студентов технических специальностей,

магистров, аспирантов, работников НИИ и промышленности.

1-73 Інтегровані технології прискореного прототипіювання та

виготовлення.

Монографія./ За редакцією д-ра техн. наук

Л.Л. Товажнянського, д-ра техн. наук А.I. Грабченко. – Харків:

ВАТ "Модель Всесвіту", 2005. – 224 с. - Мова рос.

ISBN 966-7875-12-1

Викладається концепція інтегрованих генеративних технологій

макро-, мікро- і нанорівня.

Приводиться характеристики та області переважного застосування

різних способів Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid

Manufacturing, пошарового нанесення і модифікацій покриттів,

принципи їхньої інтеграції в рамках єдиних технологій.

Призначена для студентів технічних спеціальностей, магістрів,

аспірантів, робітників НДІ та промисловості.

ББК 34.6373

The concept of integrated generative technologies macro-, micro- and

nanolevel is explained. The characteristics and the areas of various methods

prevailing application of Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing,

level-by-level laying and modification coverings, principles of their integration

within the framework of uniform technologies are given.

It is intended for the students of engineering specialties, M.S., postgraduates,

researchers of R&D and industry.

ISBN 966-7875-12-1

Научное издание

Леонид Леонидович Товажнянский,

Анатолий Иванович Грабченко,

Сергей Иванович Чернышев,

Николай Владимирович Верезуб,

Юрий Борисович Витязев,

Владимир Ленинмирович Доброскок,

Хервиг Кнут,

Фридхельм Лиерат

Интегрированные технологии ускоренного

прототипирования и изготовления

«Только технология может доставить

людям средство жить, а потому чем

дальше, тем больше и теснее она будет

связана со всем происходящим в

обществе людей».

Виктор Львович Кирпичев

первый ректор Харьковского

практического технологического

института

ВВЕДЕНИЕ

Завершающие десятилетия прошедшего столетия явили

целый ряд серьезных доказательств тому, что мы вступили в

новый век, который, исходя из многих предпосылок, будет по

праву называться веком технологий.

Наибольших успехов достигают там и тогда, где и когда

все большее применение находят высокие интегрированные

технологии, базирующиеся на последних достижениях

материаловедения, информационных, лазерных, ионно-

плазменных и др. наукоемких технологий, теории управления

и оптимизации, современных технологий литья,

прецизионной, ультрапрецизионной обработки и т. д.

Наиболее убедительным примером таких технологий

является интегрированная технология ускоренного

прототипирования, инструментального обеспечения и

производства изделий – Rapid Prototyping, Rapid Tooling,

Rapid Manufacturing (RPTM). Все эти составляющие единого

процесса имеют общую идеологию и принципы, в основе

которых лежит прямой переход от 3D CAD образа

непосредственно к изделию без применения оснастки,

инструмента, технологических сред и т. д. Трехмерное

твердое тело (изделие) получают генеративным путем.

Например, на этапе Rapid Prototyping образ изделия задается

аналитически, чертежом, файлами компьютерных

томографов или фотографиями. На этой основе создается

математическая трехмерная модель конструкции объекта;

виртуальный инжиниринг позволяет оптимизировать

конструкцию по тем или иным критериям; далее трехмерная

модель математическая послойным наращиванием

материализуется (полимер, керамика, бумага, металл и др.).

Сегодня высокие интегрированные технологии все более

широко применяют в различных отраслях промышленности,

архитектуре, медицине и др.

В целом разработка и реализация интегрированной

технологии становится возможной тогда, когда в каждой из

интегрируемых областей науки, техники, технологии,

материаловедения и т. д. достигнут необходимый новый

уровень развития. Так было, например, и с созданием

синтетических алмазов: теория синтеза предложена

академиком Лейпунским еще в 30-е годы, но лишь к середине

60-х прошлого века достижения материаловедения,

кристаллографии, теплофизики, физики и техники высоких

давлений и др. создали необходимые условия сначала для

лабораторного, а затем и промышленного синтеза алмазов и

др. сверхтвердых материалов.

Сейчас уровень всего индустриального производства в

различных странах и их научно-технический потенциал с

большой долей достоверности можно оценивать исходя из

того, в каких масштабах и в каких отраслях экономики там

применяются высокие интегрированные технологии,

насколько стали «прозрачными» и «взаимопроницаемыми»

для идей и их реализации «перегородки» между

конструкторским и технологическим отделами, между

заготовительным, литейным, механическим, сборочным

цехами, отделами маркетинга и сбыта. Речь идет о том, что в

рыночных условиях гибкая реакция производства на быстро

изменяющиеся требования уже не обеспечивается за счет

лишь повышения производительности и снижения стоимости

продукции, кстати, выпускаемой в большинстве случаев

малыми партиями. На передний план выходит фактор

времени и качества, требующий применения новейших

технологий, способных обеспечить сокращение времени

разработки, освоения, производства и выхода на рынок

нового изделия. Во временной цепочке традиционного

создания продукта – период между возникновением идеи и

выходом ее на рынок – значительная доля приходится на

изготовление моделей, прототипов и образцов изделия. В

рамках интегрированных технологий задача значительного

сокращения этой доли решается наиболее успешно. Вместе с

тем следует признать, что интеграция последних достижений

объективно диктуется тем, что пока еще геометрические,

физические и др. свойства RP изделий в ряде случаев отстают

от свойств аналогичных изделий, получаемых

традиционными способами, и выравнивание этих различий

достигается путем последующих доработок – постпроцессов,

а также применением технологий микро- и наноуровня.

Именно эта интеграция усиливает потенциал собственно

генеративных технологий макроуровня.

Все это требует изменения идеологии проектирования и

изготовления, которые потенциально ведут к резкому

сокращению времени и затрат, к реализации принципа: «Не

большие поедают меньших, а быстрые поедают медленных».

В 2001 г. при НТУ «Харьковский политехнический

институт» создан единственный в Украине учебно-научно-

производственный центр интегрированных технологий,

базирующихся на идеологии и технике Rapid Prototyping.

Истекшие годы продемонстрировали глубокий интерес

промышленных предприятий Украины к возможностям

генеративных технологий макро-, микро- и наноуровней.

Авторы надеются, что настоящее второе переработанное

и дополненное издание, в котором впервые излагается

концепция трех уровней генеративных технологий,

сконцентрировано обобщение информации, собранной из

многих независимых источников и собственного опыта,

может быть достаточным для понимания преимуществ новых

подходов в быстром создании прототипов или собственно

изделий, в сопоставлении с традиционным

прототипированием и изготовлением.

Авторы будут благодарны за все рекомендации и

замечания по сути излагаемых вопросов, их подачи, а также

выражают готовность к любым формам сотрудничества в

разработке и реализации широчайших возможностей

генеративных технологий.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

МАШИНОСТРОЕНИЯ

Характеризовать современное индустриальное

производство необходимо с учетом того непреложного факта,

что его уровень, достигнутый в различных странах и

отраслях, существенно не одинаков, и эта дифференциация

имеет как объективные, так и специфические причины. Но

главные тенденции развития машиностроительного

производства можно рассматривать на примере

промышленно развитых стран.

Сегодня как общую черту можно назвать ориентацию

производства на рынок. Это означает, что рынок диктует свои

требования, которые необходимо учитывать на всех этапах

создания товарной продукции – от идеи, конструирования,

производства до депроизводства.

Крупномасштабные достижения высокотехнологичных

гибких производств, реальная возможность осуществлять

технологическое управление формированием наперед

заданных свойств изделий, резко возросшая роль

информационных технологий на всех этапах жизненного

цикла изделия, быстрое создание и освоение производства

новых продуктов при увеличении номенклатуры и

уменьшении их количества в партии, чрезвычайно

перспективное стремление к миниатюризации изделий, все

более широкое использование искусственного интеллекта,

ориентация производства и депроизводства на все более

полную гармонизацию с окружающей средой – все это

относится к спектру основных черт, которыми можно

характеризовать индустриальное производство промышленно

развитых стран сегодня.

Возрастает комплексность продукции и производства.

Одновременно с увеличением доли нововведений на

производстве и с общим техническим прогрессом растет

объем продукции, находящейся в эксплуатации.

Специфические для каждого потребителя исходные данные,

большое многообразие типов и вариантов, малое количество

деталей и партий повышают требования к изготовлению

продукции, управлению производством, широте и глубине

кооперирования (рис.1).

Экономика с замкнутым циклом, которая осуществляет

полный контроль материалов по виду и количеству и

экологически бережное отношение к ним на всем протяжении

срока службы изделия, одновременно сберегает насколько

возможно собственные ресурсы, применяет индустриальное

производство и его технику, делает его «уживчивым» с

окружающей средой, стала главной задачей инженеров,

физиков, химиков и технологов на производстве, встречает

все большее понимание в обществе и находит отражение в

принимаемых законах.

Формируется иное понимание производства будущего:

целостное рассмотрение и оптимизация потока

материалов; исключение расточительных затрат ресурсов

любого вида; непрерывная оптимизация производства;

применение передовых технологий и ориентация на человека;

минимизация расходов при эксплуатации готовой продукции.

Природоохранительные мероприятия ставят перед

производителем новые задачи. Возврат старой, изношенной

продукции, ее демонтаж и переработка или, точнее,

депроизводство требует применения новой техники и

методов работы. В неких отраслях промышленности уже

созданы фабрики депроизводства, которые свою

деятельность направляют на индустриальную вторичную

переработку отслуживших изделий.

Производство рассматривается как система,

эффективность которой зависит не только от кооперации и

производительности отдельных производственных

процессов, но и от отсутствия сбоев во всей системе и

эффективности производственных цепочек во всей сети

экономики с замкнутым циклом. Предприятия, которым

полностью удается овладеть и оптимизировать такую систему