ИССЛЕДОВАНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ НОВЫХ ИЗДЕЛИЙ В КАЗАХСТАНЕ

RESEARCH OF ADDITIVE TECHNOLOGY IN INDUSTRIAL MANUFACTURING OF NEW PRODUCTS IN KAZAKHSTAN

Railya Mukhamadeyeva

candidate of technical sciences Associate Professor of Kokshetau Abay Myrzakhmetov University,

Kazakhstan, Kokshetau

Aigerim Sharipova

master ped. science, Lecturer of Kokshetau Abay Myrzakhmetov University,

Kazakhstan, Kokshetau

АННОТАЦИЯ

Основной целью исследования является вопрос рассмотрения возможности внедрения аддитивных технологий в промышленное производство и изучение особенностей процесса послойного синтеза. Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию взаимосвязей эксплуатационных свойств детали с технологическими условиями трехмерной печати. Научная новизна и практическая значимость исследования аддитивных технологий для Казахстана очевидны. В первую очередь, это создание новой области технологических знаний промышленного производства.

ABSTRACT

The main goal of the research is the issue of considering the possibility of introduction of additive technologies in industrial production, the study of features in process of layered synthesis in the manufacture of prototypes and models and the definition of the main parameters affecting the quality of the produced parts.

A systematic approach to the study and description of the interconnection between operational characteristics of the part and technological conditions of model print by the additive technologies will be a methodological basis of the project. Scientific novelty and practical importance of the research of additive technologies to Kazakhstan's obvious. First of all, is the creation of a new area of technological knowledge for industrial production.

Ключевые слова: аддитивные технологии; послойный синтез; трехмерная печать; инновации в образовании.

Keywords: additive technology; layered synthesis; three-dimensional printing; innovation in technical education.

Основной принцип технологического направления аддитивных технологий – это послойное наращивание материала. В зависимости от способа соединения слоев, методов нанесения материала уже могут быть определены разновидности технологий. Необходимо отметить, что не существует какой-то классической и четко определенной классификации аддитивных технологий. В зависимости от страны и фирмы-производителя может даваться свое собственное определение и разделение технологий [5, с. 16].

Можно выделить основные технологии, которые явились базовыми для большого разнообразия ныне существующих способов послойного наращивания.

Таблица 1.

Основные технологии трехмерной печати

Анализ литературных источников показал, что существующие данные по аддитивным технологиям представляют лишь ряд разрозненных противоречивых предложений без соответствующей научной и инженерной проработки. Исследования основных параметров, влияющих на качество получаемых аддитивными технологиями деталей, очевидно, проводятся, но научных публикаций в Интернете не найдено. Большое количество информации о распространении оборудования, позволяет говорить об актуальности создания новых знаний по аддитивной технологии, для вхождения в рынок нового технического производства.

Точность размеров и качество полученной детали в 3D-принтерах зависит от усадки пластика в процессе его охлаждения и затвердевания. Уменьшение линейных размеров прототипа по сравнению с размерами цифровой трехмерной модели может называться по аналогии с процессом литья линейной усадкой. Усадка – отрицательное явление т. к. наличие усадки может привести к изменению объема и размеров изготавливаемых деталей.

Сложность процесса, отсутствие математической модели, которая давала бы возможность с удовлетворительной точностью рассчитать его характеристики – в частности усадку, деформации, силы, контактные давления и т. д. позволяют говорить о недостаточной степени исследования аддитивных технологий. Интересны закономерности, связывающие высоту микронеровностей и параметры накладываемого слоя, зависимость величины усадки при образовании отверстий от толщины стенки детали и многое другое [1, с. 31].

Кроме того, на точность и качество печатаемой детали, оказывает огромное влияние используемый расходный материал. Используется в 3D-принтерах, как правило, полимер, это чаще всего акрилонитрилбутадиенстирол (ABS), поликарбонат (PC), полилактид (PLA), полиэтилен высокого давления (HDPE), смеси поликарбоната и ABS-пластика, полифениленсульфон (PPSU) и др. [3, с. 119].

Определение зависимости точностных характеристик получаемых деталей от исходных настроек принтера позволит использовать 3D-принтеры в некоторых производственных процессах. Наибольший интерес для пользователей 3D-принтеров представляют параметры печати методом послойного наплавления. Как правило, материал для изделия поставляется в виде катушек с проволокой, которая заправляется в головку, называемую «экструдером». Нагрев материала осуществляется в экструдере до температуры плавления и подается через сопло. Печатная головка позиционируется в трех плоскостях и приводится в движение шаговыми двигателями или сервомоторами. Основные технические характеристики принтера: область печати (длина, ширина, высота); диаметр сопла (мм); диаметр нити (мм) и, так называемое, разрешение принтера [8, с. 31].

Традиционные производственные методы, например, литье под давлением, могут иметь меньшую себестоимость при производстве крупных партий полимерных изделий, но аддитивные технологии обладают преимуществами при мелкосерийном производстве, это сложные формы и гибкий дизайн, большая производительность, наряду с повышенной экономичностью в пересчете на единицу произведенного товара. Кроме того, современные 3D-принтеры позволяют дизайнерам и конструкторам создавать концептуальные модели и прототипы, в домашних условиях [3, с. 118].

Анализ ситуации по вопросу внедрения аддитивных технологий можно провести на основании результатов 3D Print Conference, проводимых на территории Казахстана. Все проводимые мероприятия ориентированы на бизнесменов и предпринимателей Казахстана. 3D-печать и сканирование признаются, как одно из самых перспективных технологических направлений. Наблюдения выступлений на конференциях, сравнение статистических данных по результатам продаж трехмерного оборудования, позволило сделать вывод, что для внедрения и развития новой технологии необходимы компетенции, знания умения и навыки [9, с. 567].

Знания по новой технологии должны базироваться на научных исследованиях и после того, как будут сформулированы основные положения и фундаментальные науки. Для послойного создания детали необходимо знать все о материале, о настройке оборудования, об эффективных режимах работы, о точностных и качественных параметрах процесса. Умения в новых технологиях возможно получить под руководством специалистов, владеющих этими умениями. Для приобретения качественных умений требуются оснащенные мастерские и современное оборудование.

Можно сделать заключение о необходимости введения новой образовательной программы или как это называлось в прошлом столетии, новой специальности – аддитивные технологии [8, с. 30].

Кроме экономической эффективности от внедрения аддитивных технологий в производство имеется высокая социальная значимость. На мероприятиях по трехмерной печати регулярно выставляются принтеры российского производства PICASO 3D, отличающиеся достойным соотношением «качество-цена». Однако ввиду того, что в настоящий момент на рынке оборудования появились уже не только российские, но и казахстанские производители, проблема внедрения в образовательный процесс и изучение новой технологии, требует скорейшего решения. В 2015 году была продемонстрирована модель казахстанского принтера 3DLAB Prusa, что свидетельствует о темпах продвижения аддитивной технологии в Казахстане [6].

Таким образом, для внедрения аддитивных технологий в промышленное производство необходимы специалисты, обладающие фундаментальными знаниями, основанные на научных принципах. Необходимы оборудованные мастерские и лаборатории для приобретения навыков в трехмерной печати, в целом, новая специальность в высшей школе. И главное, для ускорения процесса необходима государственная поддержка [4, с. 110].

Возможность качественного освоения и внедрения в производство, а главное, в образовательный процесс новых аддитивных технологий поможет форсировать индустриально-инновационное развитие Казахстана и позволит молодым специалистам чувствовать себя более уверенно на международном рынке.

Основные преимущества аддитивной технологии:

• Сокращение длительности технической подготовки производства новой продукции в 2–4 раза;
• Снижение себестоимости продукции, особенно в мелкосерийном или единичном производстве в 2–3 раза;
• Значительное повышение гибкости производства;
• Повышение конкурентоспособности производства;
• Сквозное использование компьютерных технологий, интеграция с системами автоматизированного проектирования;
• Автоматизированный контроль качества полученных изделий;
• Визуализация новых изделий и использование прототипов в учебном процессе [2, с. 6].

Без персонала, владеющего инновационными технологиями, адаптации программного комплекса в соответствии со спецификой предприятия, использования лучшего мирового опыта и накопленной базы знаний, процессов управления, соответствующих новым технологиям никакое самое передовое оборудование не способно привести к достижению целей, поставленных компанией. Решение задач, определяющих эффективность и качество использования аддитивных технологий на предприятии, и составляет сущность процесса внедрения.

В результате проведения исследовательских работ и создания математической модели процесса получения изделий по аддитивным технологиям, может быть расширен перечень продукции и спектр услуг промышленных предприятий Казахстана.

Список литературы:

1. Брагинский В.А. Усадка и точность деталей из пластмасс. Часть 1. Усадка деталей из пластмасс (стенограмма лекции). – Л.: ЛДНТП, 1963. – 44 с.
2. Зленко М.А. Аддитивные технологии в машиностроении / Нагайцев, Довбыш В.М. // пособие для инженеров. – М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.
3. Мухамадеева Р.М. Параметры аддитивной технологии при 3D печати // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) № IV, 2014 – С. 118–119.
4. Мухамадеева Р.М., Мухамадеева И.А., Акохова Н.В. Проблемы профессионально-технического образования в Казахстане // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук» № 11, часть VI, г. Москва, 2015. С. 108–112
5. Мухамадеева Р.М. «Трансферт технологии прототипирования в Казахстане», Германия, European Applied Sciences, № 5, 2013, С. 15–17.
6. Новое казахстанское оборудование 3D- принтеры – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL:http://3dlab.kz/en/prices (Дата обращения 20.09.2016).
7. Новости – [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL:http://3dtoday.ru/wiki/3D_print_technology/ (Дата обращения: 20.09.2016).
8. Mukhamadyeva R.M, Additive technologies in Kazakhstan // Materials of the XI international scientific and practical conference “Scientific horizons – 2015”, 2015 volume 11 technical sciences. Sheffield. S. 29–35.
9. Mukhamadyeva R.M., Mukhamadeyev T.M. Mukhamadyeva I.A. Implementation issues of additive technologies. // International journal of engineering sciences & research technology № 5 (2): February, 2016 Р. 564–568.