АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СУДОСТРОЕНИИ

ADDITIVE TECHNOLOGIES IN SHIPBUILDING

Ksenia Kushner

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

Russia, Astrakhan

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена анализу современного состояния аддитивных технологий в судостроительной отрасли. Отмечено, что применение таких технологий позволит снизить себестоимость продукта, уменьшить расходы, сэкономить время производства. Приведены результаты двух реализованных зарубежных проектов по крупногабаритной 3-D печати. Сделан вывод о необходимости интеграции аддитивных технологий в технологические процессы существующих предприятий судостроительной отрасли.

ABSTRACT

The work is devoted to the analysis of the current state of additive technologies in the shipbuilding industry. It is noted that the use of such technologies will reduce the cost of the product, reduce costs, save production time. The results of two implemented foreign projects on large-sized 3-D printing are presented. The conclusion is drawn on the need to integrate additive technologies into the technological processes of existing enterprises in the shipbuilding industry.

Ключевые слова: аддитивные технологии, проектирование, 3D печать.

Keywords: additive technologies, industrial design, 3D printing.

Внедрение аддитивных технологий в различные отрасли промышленности призвано повысить эффективность технологических процессов. Наиболее развитыми отраслями в части применения аддитивных технологий являются аэрокосмическая, автомобильная, машиностроительная, нефтегазодобывающая отрасли и строительство [1-3].

Судостроение принято считать достаточно консервативной отраслью, в первую очередь это связывают с большим количеством ограничений и норм, установленных классификационными обществами. Однако, и судостроение неизбежно вступает в мир 3D. Трехмерное сканирование и печать обладают уникальным потенциалом, так как позволяют воспроизводить сложнейшие пространственные формы и объекты.

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 [4].

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. Самая большая в мире 3D-лодка

Команда исследователей из Университета штата Мэн изготовила самую большую 3D-печатную деталь в мире (рис.1). Это 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. 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. 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.

Рисунок 2. Моделирование формы

Также интерес представляет проект [5] по изучению возможности использования крупногабаритного аддитивного производства (BAAM) для непосредственного изготовления форм для лодок без необходимости нанесения покрытий. Все предыдущие проекты инструментальной оснастки с BAAM требовали использования толстых покрытий, чтобы преодолеть ограничения на чистоту поверхности процесса BAAM (рис. 2). В то время как процесс BAAM значительно снижает стоимость изготовления пресс-формы, дорогостоящим элементом быстро стали покрытия (стоимость материала, трудозатраты на покрытие и отделку). Для этого проекта была разработана, изготовлена ​​и смонтирована форма корпуса катамарана с дополнительным материалом толщиной 0,15 дюйма на всех поверхностях формы.

Рисунок 3. Печать опорных конструкций

После печати пресс-форма была немедленно обработана и собрана. Компания Alliance MG, LLC (AMG), отраслевой партнер этого проекта, провела эксперименты с антиадгезивами для пресс-форм на акрилонитрил-бутадиен-стироле, армированном углеродным волокном (CF ABS), чтобы убедиться, что материал можно использовать непосредственно в качестве формы (рис. 3).

Действующие судостроительные нормативы (и в первую очередь это касается России) во многом по-прежнему ориентированы на проектирование на бумаге. 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. Довбыш В. М., Забеднов П. В., Зленко М. А. Аддитивные технологии и изделия из металла //Библиотечка литейщика. – 2014. – №. 9. – С. 14-71.
2. Чумаков Д. М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники //Труды МАИ. – 2014. – №. 78. – С. 31.
3. Пермяков М. Б., Пермяков А. Ф., Давыдова А. М. Аддитивные технологии в строительстве //European research. – 2017. – №. 1 (24).
4. Литунов С. Н., Слободенюк В. С., Мельников Д. В. Обзор и анализ аддитивных технологий. Часть 1 //Омский научный вестник. – 2016. – №. 1 (145).
5. Post B. K. et al. Feasibility of using Big Area Additive Manufacturing to Directly Manufacture Boat Molds. – Oak Ridge National Lab.(ORNL), Oak Ridge, TN (United States), 2018. – №. ORNL/TM-2017/709.