10 - 2011

Комплексное решение для подготовки современного производства: T-Flex CAD — netfabb Studio — V-Flash FTI 230

А.А. Плотников МГТУ «МАМИ», г.Москва
П.А. Петров ООО «Центр прототипирования и дизайна МГТУ «МАМИ», г.Москва
Б.Ю. Сапрыкин ООО «ИПК «3Д-Технология», г.Москва

Современное производство сложно представить без ставших незаменимыми CAD­систем и получивших в последние годы широкое распространение в общих и специальных отраслях промышленности новейших технологий 3D­печати, реверс­инжиниринга и аддитивного производства.

Системы автоматизированного проектирования прошли долгий эволюционный путь от обычных «электронных кульманов» до сложных PDM­ и PLM­систем, которые в настоящее время позволяют не только создавать, но и управлять производством изделия на каждом этапе — от разработки концепции до его утилизации. В последние годы широкое распространение получили RP­технологии — технологии быстрого прототипирования, которые существенно упростили процесс вывода изделия на рынок и подарили производителям ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционными методами. Функциональные образцы, мастер модели, модели для демонстрации и даже готовые изделия — всё это можно получить быстрым прототипированием.

Учитывая быстрорастущий и развивающийся рынок CAD­ и RP­систем, потребитель начинает задаваться вопросом, какое решение будет для него оптимальным.

Конечно же, всё будет зависеть от целей и задач, которые ставит перед собой современное предприятие. Исходя из этого и будет подбираться комплексное решение.

В качестве отправной точки возьмем небольшую инжиниринговую компанию, целью которой является предоставление на рынке комплекса услуг, связанных с подготовкой изделия к производству. Как правило, деятельность таких компаний связана с выполнением разносторонних инженерно­технических проектов, целью которых является проектирование нового изделия или модернизация существующего. Процесс проектирования включает моделирование концепции, выполнение расчетов, подготовку конструкторской и технологической документации. По завершении этих этапов изготавливается опытный образец. На промежуточных стадиях проектирования для оценки разных вариантов конструкции, их собираемости и визуальной привлекательности применяются RP­технологии, позволяющие получить физическую модель. Кроме того, с помощью RP­технологий можно изготовить и опытный образец, что позволит существенно сократить затраты на разработку.

Теперь остается подобрать программный продукт и оборудование, которые обеспечат работу такой компании. Предположим, перед компанией стоит задача выполнения проекта по проектированию тары или упаковки. Какие средства помогут ускорить подготовку серийного или мелко­серийного производства?

Выбор системы автоматизированного проектирования

Для небольшой компании в первую очередь важна стоимость подобной системы. На рынке их выбор достаточно велик.  Остановимся на программном продукте T­Flex CAD, разработанном ЗАО «Топ Системы». Почему? Программа имеет мощный 3D­редактор, позволяет проектировать и моделировать сложные параметрические модели и сборки, по которым с легкостью готовится конструкторская и технологическая документация. Помимо этого систему можно дополнить модулями для выполнения инженерных расчетов (CAE) и модулем для работы с ЧПУ, а T­Flex DOCs поможет управлять данными внутри компании.  Всё это позволяет назвать продукт T­Flex системой сквозного проектирования. Ну и главный козырь — сравнительно небольшая стоимость такого комплекса (рис. 1 и 2).

Рис. 1

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 2

Выбор установки быстрого прототипирования

С выбором RP­оборудования дело обстоит несколько сложнее. На рынке присутствует несколько крупных компаний­производителей — Z Corporation, 3D Systems, Objet, Stratasys, EnvisionTech и ряд других. Каждая из них предлагает широкий спектр компактных или промышленных установок, разработанных на основе собственных уникальных технологий быстрого прототипирования. Среди них выделяются технологии получения прототипов из АБС­пластика (FDM — послойное наложение расплавленной полимерной нити),  фотополимера (FTI — послойный перенос изображения за счет формирования пленочного слоя), гипса (InkJet — струйное моделирование — нанесение связующего компонента или основного материала модели через многосопловые головки), порошкового композита и др.

Для инжиниринговой компании опять же ключевым фактором при выборе такого оборудования остается его стоимость в совокупности с техническими характеристиками. Наиболее приемлемый вариант — компактный 3D­принтер или небольшая установка, которую можно будет с легкостью установить и обслуживать — промышленные установки хоть и обладают значительно превосходящими характеристиками по габаритным размерам получаемых прототипов и их точности, но чрезвычайно дороги и требуют специального обслуживания. Такое удовольствие остается прерогативой крупных предприятий.

Как выбрать принтер? Прежде всего нужно определиться с областью, в которой вы собираетесь его применять, — потребуется информация о характеристиках материала, точности печати, ее максимальном разрешении, себестоимости, размерах рабочей зоны принтера.

На текущий момент на рынке самое выгодное предложение — от компании 3D Systems — это 3D­принтер V­Flash FTI 230*. Основные преимущества — цена и потрясающие точность (толщина слоя — 0,102 мм) и разрешение (768Ѕ1024 точек/дюйм) печати для установок такого класса. Материал прототипа  — FTI­полимер, по свойствам близкий к пластику (плотность — 1,11 г/см3, модуль упругости — 1550 МПа, прочность при изгибе — 53 МПа, цвет — кремовый). Конечно, существуют бюджетные варианты принтеров, печатающих из гипса или АБС­пластика, но стоят они довольно дорого (рис. 3 и 4).

Рис. 3

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 4

Итак, имея мощную систему трехмерного моделирования и проектирования и 3D­принтер, сможет ли инжиниринговая компания обеспечить качественное выполнение услуг, или для этого потребуются вспомогательные ресурсы?

Если говорить о компонентах всего комплекса, то каждый из них в отдельности обеспечит требуемое качество и скорость работы. Но при передаче данных из CAD­системы для печати на 3D­принтер может потребоваться вспомогательный ресурс.

Известно, что общепринятым и основным форматом передачи данных из системы автоматизированного проектирования для установок быстрого прототипирования является STL­формат (представление трехмерной модели в виде поверхностной сетки тре­угольников). Так вот, с экспортом в этот формат и могут возникнуть некоторые сложности. Если тело имеет простую конфигурацию, то экспорт и последующая печать могут пройти гладко и без сбоев. Но если тело криволинейно, имеет сложные поверхности и изгибы, отверстия, то могут возникнуть некоторые проблемы с входными данными для печати (треугольники STL­файла могут пересекаться, накладываться друг на друга, просто отсутствовать в нужном месте и т.д. — рис. 5­7).

Рис. 5

Рис. 5

Рис. 6

Рис. 6

Рис. 7

Рис. 7

Для установки быстрого прототипирования любой марки и конфигурации, в частности для 3D­принтера, важно высокое качество входных данных — это одно из главных условий получения качественного прототипа. Как же получить качественный STL­файл?

Первичный STL­файл получается экспортом из системы автоматизированного проектирования (в нашем случае это T­Flex CAD), но требует диагностирования и, при необходимости, доработки. Опция экспорта в формат STL­системы T­Flex CAD имеет ряд настроек, обеспечивающих пользователя возможностью получения качественной STL­сетки.

Существуют также специализированные программы, которые предоставляют пользователю такую возможность. Выбор их, нужно сказать, более чем скромен. По крайней мере на российском рынке официально присутствуют всего несколько производителей, среди которых можно выделить компании Materialise и netfabb*, предлагающие очень интересные и функциональные продукты для обработки STL­файлов. Разница в возможностях — минимальна, а вот разница в цене заставляет обратиться в первую очередь к продуктам компании netfabb — netfabb Studio Professional и netfabb Studio Basic. Чем же они так хороши? Начнем с того, что netfabb Studio Basic — совершенно бесплатное приложение, позволяющее проводить базовые операции по редактированию STL­файлов. Конечно, для обработки сложных файлов его возможностей будет недостаточно, вот тогда всё внимание нужно направить в сторону коммерческого продукта — netfabb Studio Professional. Хороша эта программа тем, что STL­файлы обрабатываются в ней быстро и довольно просто, при этом размер установочного файла — чуть больше 10 Мбайт! Существует развитое видеопособие, в котором показана работа основных компонентов. Ну а дружественный к пользователю интерфейс сформирует окончательную положительную оценку потенциального покупателя. Цена продукта очень привлекательна прежде всего из­за модульной структуры программы. Клиент может самостоятельно выбрать набор модулей, которые он будет использовать при работе. Сегодня это, наверное, самое выгодное предложение в сегменте таких программ (рис. 8­11).

Рис. 8

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 11

Сформировав  наше комплексное решение для небольшой инжиниринговой компании, понимаем, что оно не затратно, функционально и обеспечивает работу фирмы на довольно высоком уровне. Т­FLEX CAD, netfabb Studio Professional  и V­Flash FTI 230 прекрасно взаимодействуют друг с другом и позволяют выполнять сложные комплексные проекты в кратчайшие сроки (рис. 12).

Рис. 12

Рис. 12

Предлагаемое готовое решение одинаково хорошо подходит для реализации задач, взятых из различных отраслей промышленности и производства. Например, в авиастроении при проектировании турбинных и компрессорных лопаток, в машиностроении при проектировании деталей сложной формы, в штамповом и литейном производствах при проектировании инструмента (рис. 13­15).

Рис. 13

Рис. 13

Рис. 14

Рис. 14

Рис. 15

Рис. 15

И самое главное: 3D­принтер V­Flash хорошо адаптируется под образовательный процесс высших образовательных учреждений. Технологию FTI и принтер V­Flash применяют в вузах Америки, Европы, Азии, Российской Федерации. В России освоение технологии FTI началось с 2010 года и на данный момент технология работает в трех университетах: МГТУ «МАМИ» (Московский государственный технический университет «МАМИ»), ВолгГТУ (Волгоградский государственный технический университет), УрГУПС (Уральский государственный университет путей сообщения).

При подготовке статьи использовались материалы, представленные на интернет­сайтах: www.3d­rptechnology.com, www.netfabb.com, www.rp­center.com, www.kaiprototyping.com/ru.  


Официальный дистрибьютор на территории РФ — компания «Три Д Формат» (www.3d­format.ru).

Официальный представитель компании netfabb GmbH на территории РФ — компания «3Д­Технология» (www.3d­rptechnology.com).

САПР и графика 10`2011