ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОСЛОЙНОГО СИНТЕЗА В СУДОСТРОЕНИИ

PROSPECTS FOR THE USE OF LAYERED SYNTHESIS TECHNOLOGIES IN SHIPBUILDING

Ekaterina Panchenko

master student, Department of Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Engineering, Astrakhan State Technical University,

Russia, Astrakhan

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена анализу перспектив использования технологий послойного синтеза и 3-D печати в современной судостроительной отрасли. Основным достоинством, призванным составить конкуренцию традиционным методам изготовления корпусных конструкций судов является экономическая эффективность: снижение себестоимости судна, общая экономия расходов, сокращение времени производства. Приведены результаты реализованных проектов по изготовлению судов с применением аддитивных технологий. По результатам проведенного анализа сделано заключение о возможности и целесообразности развития аддитивных технологий в судостроении.

ABSTRACT

The work is devoted to the analysis of the prospects for the use of layer-by-layer synthesis and 3-D printing technologies in the modern shipbuilding industry. The main advantage, designed to compete with traditional methods of manufacturing ship hull structures, is economic efficiency: reducing the cost of the vessel, overall cost savings, and reducing production time. The results of implemented projects for the manufacture of ships using additive technologies are presented. Based on the results of the analysis, a conclusion was made about the possibility and expediency of the development of additive technologies in shipbuilding.

Ключевые слова: аддитивные технологии, судостроение.

Keywords: additive technologies, shipbuilding.

Повышение технологичности производственных процессов неизбежно связано с их совершенствованием. Использование пластика и его производных началось в 1936 г., когда концерном "Дюпон" был получен патент на производство полиэфира путем воздействия малеинового ангидрида на некоторые сложные эфиры в присутствии перекисного катализатора и с приложением повышенного давления и температуры. В результате экспериментов Грина [1] к 1942 г. был отработан классический состав современного композита, широко используемого для изготовления маломерных судов.

С развитием технологий послойного синтеза актуальной стала задача разработки технологии широкоформатной печати, позволяющей печатать изделия достаточной величины, не прибегая к склейке компонентов. Судостроение принято считать достаточно консервативной отраслью, в первую очередь это связывают с большим количеством ограничений и норм, установленных классификационными обществами. Трехмерное сканирование и печать обладают уникальным потенциалом, так как позволяют воспроизводить сложнейшие пространственные формы и объекты [2].

Для судостроения и судоремонта трехмерное сканирование и печать являются возможностью добиться значительных результатов в оптимизации производственного процесса. Аддитивные технологии позволяют снизить себестоимость продукта, уменьшить расходы, сэкономить время производства и, в конечном итоге, увеличить доходы предприятия.

Ведущие судостроители (к примеру, Hyundai) инвестируют средства в серийную 3D-печать деталей. Фирма CJR Propulsion (Великобритания), которая занимается изготовлением рулевого оборудования и гребных винтов, – одно из многих судостроительных предприятий, печатающих прототипы готовых изделий и тестирующих модели с помощью 3D-принтеров.

Российское объединение «Пульсар» применяет 3D-технологии в проектировании, разработке и производстве винтовых установок. Уже сейчас проходят испытания установок, полностью спроектированных в 3D.

Рисунок 1. Печать маломерного судна 3Dirigo

Команда исследователей из Университета штата Мэн изготовила самую большую 3D-печатную деталь в мире (рис.1). Это маломерное судно (лодка) 3Dirigo, разработанная на широкоформатном полимерном 3D-принтере, разработанном Центром усовершенствованных структур и композитов UMaine. Команды проекта были награждены 3 мировыми рекордами: самая большая сплошная 3D-печатная часть, самая большая 3D-печатная лодка и, наконец, самый большой 3D-принтер [3]. Это многообещающая инициатива для морского сектора, которая использует преимущества аддитивного производства.

Все больше и больше производителей обращаются к широкоформатной 3D-печати, надеясь создать крупные структуры за один раз и избежать этапов сборки или последующей обработки, которые являются дорогостоящими и занимают много времени. Университет штата Мэн присоединился к этой тенденции с акцентом на использование композитных материалов. В мае прошлого года ее партнер, Национальная лаборатория Ок-Риджа (ORNL), получила 20 миллионов долларов на разработку программы по производству широкоформатных изделий на основе 3D-печати из древесного волокна.

Команды UMaine совместно с Ingersoll Machine Tools разработали свой 3D-принтер, который предлагает диапазон печати 30 x 6,70 x 3 метра (длина, ширина и высота) и расход пластика 227 кг в час. Печатающая головка закреплена на портале, установленном на рельсах, что облегчает перемещение по длине.

Рисунок 2. Ingersoll Machine Tools 3D-принтер

На сегодняшний день производитель не предлагает широкий ассортимент совместимых материалов, однако машина была разработана для использования сырья биологического происхождения, в частности целлюлозы из дерева. 3D-принтер был разработан для быстрого прототипирования приложений для гражданских, оборонных и инфраструктурных приложений.

Чтобы продемонстрировать возможности своего широкоформатного 3D-принтера, команды создали 3D-печатную лодку 3Dirigo. Она была изготовлен всего за 72 часа из смеси пластмассы и древесной целлюлозы. Длина изделия составляет 7,62 метра, а вес - 2,2 тонны, что делает ее самой большой конструкцией, когда-либо напечатанной в 3D.

Действующие судостроительные нормативы (и в первую очередь это касается России) во многом по-прежнему ориентированы на проектирование на бумаге [4]. В обозримом будущем аддитивные технологии дадут возможность интегрировать программные средства в единую систему, упростят процесс обмена данными в процессе проектирования, сократят время работы специалистов, устранят риск критических ошибок, что позволит повысить качество изготовления, надежность и безопасность судов.

Список литературы:

1. Тимошков П. Н. и др. Технологические особенности изготовления толстостенных деталей из ПКМ (обзор) //Труды ВИАМ. – 2019. – №. 3 (75). – С. 61-67.
2. Канесса Э., Фонда К., Марко Д. (ред.). Доступная 3D печать: для науки, образования и устойчивого развития. – Станция трёхмерной печати, 2014.
3. Францев М. Э. Оценка целесообразности применения 3D-печати в маломерном композитном судостроении //Композитный мир. – 2021. – №. 1. – С. 48-53.
4. Кушнер, К. С. Аддитивные технологии в судостроении / К. С. Кушнер // Студенческий. – 2020. – № 4-2(90). – С. 6-9.