КОМПЬЮТЕРНЫЕ 3D ТЕХНОЛОГИИ И ПРОТОТИПИРОВАНИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ И ИЗГОТОВЛЕНИИ МОДЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Ильюшенко Никита

Уланович Александр

студенты 3 курса, кафедра теории и методики профессионально-

технологического образования БГУ им. акад. И. Г. Петровского, г. Брянск

Селезнев Владимир Аркадьевич

научный руководитель, ст. преподаватель  

БГУ  им. акад. И.Г.Петровского, г. Брянск

Бурное развитие технического прогресса существенно изменило сущность технического моделирования. Если ранее создаваемые в технических кружках модели являлись довольно простыми по конструкции и примитивными с точки зрения управляемости и технических характеристик, то широкое развитие разнообразных конструкций радиоуправляемых моделей автомобилей, кораблей, 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 изготовления кузовных деталей моделей автомобилей из пластмассы на основе компьютерных технологий.

В настоящее время в изготовлении моделей технических устройств применяется модульный принцип. На примере модели автомобиля это выглядит следующим образом – по техническим характеристикам подбирается унифицицированное шасси, оснащенное приемником управляющих сигналов, исполнительными механизмами обеспечивающими перемещение модели и источником энергии. Для управления моделью выбирается необходимое  устройство радиоуправления. Для придания соответствующего вида модели изготавливается кузов, который закрепляется на шасси. Комплектация устройств по модульному принципу приведена на рис. 1.

Рис.1 Комплектация радиоуправляемой модели автомобиля на унифицированном шасси: 1 – устройство управления; 2 – унифицированное шасси; 3 – кузов из пластика (тюнинговая деталь)

Традиционные технологии изготовления кузовных деталей предусматривали изготовление формы модели из гипса ручным способом с последующим изготовлением по ней кузовных деталей из стеклопластика или карбона. Эта технология не обеспечивала необходимую конфигурацию при копировании, что отрицательно сказывалось на эстетичных свойствах модели и не позволяла создавать модели-копии с высокой степенью соответствия с оригиналом. Эти недостатки стало возможным устранить с применением инновационных технологий.

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.2) [1].

Рис.2 «Компьютерный инжиниринг» при разработке чертежных видов кузова модели автомобиля

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. Системы содержит все необходимые разделы для черчения, объемного моделирования, оформления конструкторской и технологической документации. В поставку входят также обширные библиотеки стандартных элементов чертежей (ГОСТ и ОСТ) и схем из различных разделов промышленности.

Инновационные процессы в компьютерных технологиях позволяют объединить преимущества виртуального и физического моделирования.  В настоящее время разработаны  процессы быстрого прототипирования (Rapid Prototyping, RP) – это послойное построение физической модели (прототипа) в соответствии с геометрией CAD-модели.  Прототипы используются для: оценки эргономики и внешнего вида; оценки функциональности; в качестве мастер-модели; в качестве наглядного пособия в образовательных процессах. Основное отличие этой технологии от традиционных методов изготовления моделей заключается в том, что модель создается на 3D принтере не отделением материала от заготовки, а послойным наращиванием материала, составляющего модель, включая входящие в нее внутренние и даже подвижные части. Процессы построения в значительной степени автоматизированы и позволяют получать качественные и сравнительно недорогие модели. Совершенствование метода прототипирования и доступность его реализации с помощью   3D принтера даёт возможность использовать эту технологию для изготовления деталей из пластика по разработанной ранее на компьютере объемной 3D модели [2]. Для этих целей авторы разработали  конструкцию  3D принтера на основе  комплекта для сборки подобных устройств RepRap Prusa Mendel. Создание объемных моделей на этом устройстве производится послойным наплавлением разогретой пластмассы подаваемой в зону контакта. В качестве рабочего материала используется шнур из пластмассы диаметром  8 мм. Маршрут от проектирования до получения готового изделия показан на рис. 3.

Рис.3 Маршрут проектирования и изготовления кузова модели автомобиля из пластика

Для усиления прочности полученного изделия на внутреннюю поверхность изделия наносится карбоновое покрытие на основе углепластикового волокна. Наружная поверхность изделия шлифуется с последующим нанесением необходимых изображений и покрывается лаком.

Разработанная технология компьютерного проектирования и изготовления кузовных деталей 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.

Список литературы:

1.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.

2.Селезнёв Владимир - Инновационные технологии для формирования
компетенций рабочих. Исследования и практические рекомендации. – Lambert Academic Publishing , Germany, 2011, 118 стр.