3 - 2013

Создание многофункционального центра прототипирования на базе Университета машиностроения (МГТУ «МАМИ»)

Андрей Николаенко
Д.э.н., ректор Университета машиностроения (МГТУ «МАМИ»)
Павел Петров
К.т.н., заведующий кафедрой кузовостроения и обработки давлением, Университет машиностроения (МГТУ «МАМИ»)

В настоящее время с целью повышения эффективности подготовки инженерных кадров осуществляется объединение вузов, формируется система национальных университетов, оснащенных современным исследовательским оборудованием, в соответствии с ФЗ 217 создаются малые инновационные предприятия. Фактически вузы становятся точкой роста на новом витке развития фундаментальной и прикладной науки, в повышении технического уровня отечественной промышленности и совершенствовании подготовки молодых специалистов. Современные тенденции в развитии вузов привели к тому, что в 2011 году Университет машиностроения разработал и принял к исполнению стратегическую программу развития университета, цель которой — создать инновационный университет новой формации.

В статье рассмотрен опыт Университета машиностроения (до апреля 2012 года — МГТУ «МАМИ») в создании многофункционального центра быстрого прототипирования, предназначенного для профориентационной деятельности среди абитуриентов — учащихся школ и колледжей, подготовки инженерных кадров, реализации научных и опытно­конструкторских разработок, а также для развития коммерческой деятельности, направленной на изготовление прототипов для нужд субъектов малого и среднего предпринимательства.

Центр быстрого прототипирования (www.rp­center.com, www.mkb.mami.ru, www.rp­lab.ru) был создан в 2010 году в результате слияния лаборатории «Молодежное конструкторское бюро» и лаборатории прототипирования МГТУ «МАМИ». К этому времени на рынке быстрого прототипирования России уже успешно работали центр быстрого прототипирования и изготовления малых серий «НАМИ», центр быстрого прототипирования в ООО «Артик» (г.Казань), инженерный центр быстрого прототипирования при ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» и др.

Концепция создания нашего центра прототипирования «открытость — доступность — многофункциональность» является уникальной применительно к вузу. Понимая, что в одних университетских стенах невозможно собрать все существующие технологии быстрого прототипирования, мы ограничились только теми, что работают либо с пластиками (АБС, PLA), либо с фотополимерами.

Включены также сопутствующие технологии: трехмерного твердотельного моделирования, имитационного моделирования технологических процессов и трехмерного бесконтактного сканирования.

Рис. 1. Класс 3D-принтеров Fabbster

Рис. 1. Класс 3D-принтеров Fabbster

Сегодня парк оборудования Центра для быстрого прототипирования включает:

  • специализированный мини­класс 3D­принтеров Fabbster (производитель — Sintermask GmbH), обеспечивающих изготовление прототипов по технологии SDM из АБС­пластика; толщина слоя при построении прототипа — от 0,15 до 0,33 мм (рис. 1);
  • 3D­принтеры VFLASH FTI 230 (производитель — компания 3D Systems, Inc.), обеспечивающие изготовление прототипов по технологии масочной стереолитографии из фотополимера; толщина слоя при построении прототипа 0,1 мм (рис. 2) [1];
  • 3D­принтер UPrint Plus (производитель — компания Stratasys, Inc.), обеспечивающий изготовление прототипов по технологии FDM из АБС­пластика; толщина слоя при построении прототипа — 0,254 мм (рис. 3);
  • установка быстрого прототипирования ProJet SD 3500Plus (производитель — компания 3D Systems, Inc.), обеспечивающая изготовление прототипов по технологии MJM из фотополимеров; толщина слоя при построении прототипа от 0,032 мм (рис.4).

Рис. 2. 3D-принтер VFLASH FTI 230

Рис. 2. 3D-принтер VFLASH FTI 230

Рис. 3. 3D-принтер UPrint Plus

Рис. 3. 3D-принтер UPrint Plus

Рис. 4. Установка прототипирования

Рис. 4. Установка прототипирования ProJet SD 3500

Вопрос, зачем необходим такой парк 3D­принтеров в вузе, вполне правомерен, и его может задать любой производственник.

Несомненно, наукоемкие технологии необходимы, во­первых, для внедрения в образовательный процесс Университета машиностроения. Наличие в вузе современного оборудования hi­tech способствует повышению эффективности образовательного процесса и подготовки молодых специалистов для различных областей машиностроения. Кроме того, некоторые из представленных нами принтеров изначально ориентированы на образование, творчество и науку — это 3D­принтеры Fabbster. Университет машиностроения стал первым вузом г.Москвы, в котором создан специализированный класс по быстрому прототипированию.

Во­вторых, наш центр открыт для субъектов малого и среднего предпринимательства. 3D­принтеры VFLASH и UPrint практически полностью покрывают запросы малых компаний и частных лиц в презентационных и функциональных прототипах.

И наконец, 3D­принтер ProJet SD 3500 позволяет нам создавать мастер­модели для последующего изготовления малых серий. Точность данной установки удовлетворяет потребности как малых компаний, так и промышленных предприятий.

Оборудование для быстрого прототипирования не может работать само по себе. Для этого нужна качественная 3D­модель, полученная либо в результате 3D­сканирования, либо с применением специализированных CAD­систем. Здесь мы используем 3D­сканер Range Vision и лицензионное программное обеспечение T­Flex CAD и netfabb studio professional [1].

Примеры успешно реализованных проектов

Проект «Разработка макета СВЧ­установки для сушки древесины»

Демонстрационный прототип (макет) представляет собой масштабную копию натурного образца (установки, агрегата и т.п.); изготавливается на завершающем этапе НИОКР с целью представления результатов проведенной работы. Примером такого прототипа может служить макет СВЧ­установки для сушки древесины, наглядно показывающий преимущества инновационной установки (рис. 5).

Рис. 5. Макет СВЧ-установки

Рис. 5. Макет СВЧ-установки

Рис. 5. Макет СВЧ-установки

Проект «Разработка мастер­модели детали «Лопатка»

Актуальной задачей в литейном производстве является разработка и изготовление формообразующих поверхностей литейной формы. На этапе их изготовления используется мастер­модель, примером которой может служить мастер­модель детали «Лопатка» (рис. 6), являющаяся частью конструкции газотурбинных двигателей.

Рис. 6. Прототип детали «Лопатка»

Рис. 6. Прототип детали «Лопатка»

Проект «Подготовка мелкосерийного производства поршней дизельного двигателя»

Накопленный сотрудниками Университета машиностроения опыт проведения научно­исследовательских и опытно­конструкторских работ в области создания поршня современной конструкции для двигателя транспортного средства обеспечил успешную деятельность малого инновационного предприятия ООО «НПП Автотехнология­МАМИ», созданного на базе университета. Совместно со специалистами ОАО «АК «Туламашзавод» и ОАО «ВИЛС»  Университет машиностроения и ООО «НПП Автотехнология­МАМИ» разработал и показал перспективность комплексного подхода в создании мелкосерийного производства поршней дизельных двигателей. В результате получен промышленный продукт высокого качества — поршни дизельных двигателей из быстрозакристаллизованного наноструктурированного сплава.

Созданный современный высокоэффективный технологический процесс производства поршней включает автоматизированную подготовку производства с применением CAD/CAE­систем и технологий быстрого прототипирования, оригинальный технологический процесс изотермической штамповки, нестандартный способ бескопирной обработки поршней резанием, запатентованный в развитых промышленных странах, включая США, Японию, Германию, Англию.

Для осуществления гибкого производства на этапе его подготовки были внедрены следующие решения:

  • технология трехмерного сканирования — для ускорения получения трехмерных моделей типовых элементов конструкции поршня; система используется также для снятия трехмерных моделей формообразующих поверхностей штампового инструмента и контроля точности его изготовления и степени износа;
  • система T­Flex CAD — для разработки трехмерных моделей поршней и инструмента для штамповки поршней с учетом трехмерных моделей типовых элементов; система T­Flex CAD имеет мощное графическое ядро, позволяющее проектировать и моделировать сложные параметрические модели и сборки, по которым нетрудно подготовить конструкторскую и технологическую документацию; система имеет модули для выполнения инженерных расчетов и модуль для работы с ЧПУ;
  • система QFORM­3D — для имитационного компьютерного моделирования технологий штамповки поршней;
  • быстрое прототипирование формообразующих поверхностей штампов для проверки их заполняемости при изготовлении заготовки поршня методом горячей изотермической штамповки (рис. 7). Для создания прототипа используется MJM (Multi­Jet Modelling) — технология 3D­печати из фотополимерного материала, реализованная в установке ProJet SD 3500 (изготовитель — 3D Systems, Inc.). 

Рис. 7. Прототип и опытный образец поршня

Рис. 7. Прототип и опытный образец поршня

Использованная литература

Плотников А.А., Петров П.А., Сапрыкин Б.Ю. Комплексное решение для подготовки современного производства: T­Flex CAD — netfabb Studio — V­Flash FTI 230 // САПР и графика. 2011. № 10. С.74­77.

САПР и графика 3`2013