11 - 2003

Опыт использования быстрого прототипирования в приборостроении

Как RP-технологии помогают владимирскому заводу «Автоприбор» эффективно работать с заказчиками

Радислав Бирбраер, Анатолий Отцов, Андрей Колмаков, Денис Муртазин

Как быстрое прототипирование помогает зарабатывать деньги?

Новинка от фирмы Stratasys

О том, что технологии быстрого прототипирования (Rapid Prototyping, RP) предоставляют предприятиям, создающим новые образцы продукции, широкие возможности по повышению качества изделий и сокращению времени подготовки производства, известно давно. На страницах журнала «САПР и графика»1 мы не раз подробно рассказывали читателям об установках FDM американской компании Stratasys, Inc. для быстрого изготовления моделей-прототипов. Эти установки характеризуются отличными техническими характеристиками: точностью изготовления моделей, производительностью, гибкостью выбора моделирующих материалов, а широкий модельный ряд установок позволяет использовать их как на крупных предприятиях, так и на небольших фирмах. Однако всех пользователей RP-технологий характеризует и объединяет одно — они, несомненно, являются передовыми предприятиями, выпускающими или стремящимися выпускать конкурентоспособную продукцию.

ОАО «Завод Автоприбор» (г.Владимир) является одним из ведущих поставщиков приборов, оборудования и запасных частей для отечественного автомобилестроения. Среди клиентов завода — большинство российских производителей автотранспортной техники: ВАЗ, ГАЗ, УАЗ, КамАЗ, МАЗ, ЗИЛ, ЛиАЗ, ИЖМАШ и др. Предприятию удалось добиться успеха благодаря последовательным действиям, направленным на обеспечение конкурентоспособности как выпускаемой продукции, так и завода в целом.

Уже сейчас применяемые современные технологии позволяют предприятию в сжатые сроки разрабатывать новые изделия, технологическую оснастку и управляющие программы для оборудования с ЧПУ, а также еще до запуска изделий в производство анализировать их прочностные характеристики, получать прототипы спроектированных деталей для проверки собираемости, эргономики и внешнего вида. На предприятии успешно используются система сквозного проектирования и подготовки производства на базе программного комплекса Pro/ENGINEER и установка для быстрого прототипирования FDM 3000 фирмы Stratasys, Inc.

Установка FDM 3000 (рис. 1а) активно эксплуатируется на заводе «Автоприбор» с 2000 года. Ее поставку, запуск, а также обучение специалистов и последующее сервисное сопровождение осуществили специалисты инженерно-консалтинговой компании СОЛВЕР (SOLVER). Надо отметить, что FDM 3000 долгое время являлась флагманом в модельном ряду Stratasys — она была наиболее продаваемой, на ее базе было отработано большинство новаторских идей и технологий, которые нашли свое воплощение в последующих моделях установок компании Stratasys, Inc. Установка позволяет изготавливать функциональные модели с размерами 254x254x406 мм из ABS- и ABSi- («медицинского») пластиков. Модели больших размеров можно создавать по частям, а затем склеивать обычным недорогим универсальным клеем, а потом, при необходимости, шпатлевать и красить.

По прочности модели из ABS-пластика сравнимы с пластмассовыми деталями, полученными традиционным литьем, что позволяет собирать из них конструкции и проводить натурные испытания изделий. Кроме того, используемая в установке технология WaterWorks (когда водорастворимый материал для поддержки нависающих элементов легко удаляется не механически, а в ультразвуковой ванне (рис. 1б) с водным раствором) предоставляет широкие возможности при изготовлении геометрически сложных моделей с тонкими стенками и внутренними полостями.

Сегодня легендарная FDM 3000 снимается с производства, но на смену ей уже пришли две новые модели со сходными характеристиками — доступная для фирм с небольшим капиталом Prodigy Plus и более продвинутая установка FDM Vantage.

Математическая модель детали, полученная в ходе конструкторского проектирования (на заводе для этого применяют Pro/ENGINEER), в формате STL передается в специализированное программное обеспечение INSIGHT, где она автоматически оптимально ориентируется относительно рабочей зоны установки и разбивается на слои. Затем в INSIGHT также автоматически определяется необходимость применения поддерживающих элементов для нависающих относительно горизонтальной плоскости частей модели (рис. 2). Сгенерированные данные передаются на установку, и начинается процесс послойного «выращивания» модели, по завершении которого удаляется вспомогательный материал поддержки (механически или вымывается в ультразвуковой ванне, входящей в комплект установки).

Применяемая в установке технология прототипирования FDM (Fused Deposition Modeling) заключается в том, что расплавленная до полужидкого состояния тонкая пластиковая нить выдавливается через фильеру и укладывается слой за слоем, в результате чего и создается деталь, полностью соответствующая своей математической модели. По сравнению с другими системами быстрого прототипирования описываемое оборудование очень удобно в эксплуатации, просто и недорого в обслуживании. Технология FDM экологически безвредна — для размещения установок Stratasys не требуются специальные условия, и их можно располагать в непосредственной близости от рабочих мест конструкторов.

В настоящее время перспективным направлением работы завода является производство электронных комбинаций приборов для отечественного автомобилестроения. Например, для Волжского автозавода были разработаны и выпускаются комбинации приборов для ВАЗ-2110 и для готовящегося к выпуску ВАЗ-1118 «Калина»2. В ходе их создания активно применялась FDM 3000: комбинация приборов для «Калины», представленная на рис. 4, была собрана из деталей-прототипов, изготовленных на установке, и использовалась при утверждении у заказчика — на ВАЗе.

Другим потребителем продукции завода «Автоприбор» является Горьковский автомобильный завод. Быстрое прототипирование применялось при разработке комбинаций приборов для автомобилей ГАЗ-3111 и ГАЗ-3110, и изделия прошли все необходимые испытания на ГАЗе. В прототипе последней комбинации приборов использовался прототип печатной платы, изготовленный с использованием установки быстрого прототипирования печатных плат ProtoMat 95/sII (Германия). Опытный образец комбинации приборов выставлялся на ежегодном московском автосалоне, в котором «Автоприбор» принимал активное участие.

Быстрое прототипирование также применялось на заводе при разработке комбинации приборов для автомобиля Ока-КамАЗ, блоков управления отопителем для автомобилей ВАЗ-2111 и ИЖ-2126, стеклоочистителя для автомобиля ВАЗ-1118, редукторов очистителя фар (рис. 5), выключателей зажигания, датчиков температуры, звуковых сигналов, термостатов (рис. 6), пробки расширительного бачка и многого другого. Необходимо отметить, что сегодня все основные детали из пластмассы для новых разработок завода обязательно подлежат прототипированию.

Таким образом, применение прогрессивных технологий быстрого прототипирования позволяет заводу «Автоприбор» значительно быстрее находить взаимопонимание со своими заказчиками и существенно сокращать сроки подготовки изделий к производству. Еще вчера разрабатываемое изделие можно было лишь увидеть на экране монитора, а сегодня его прототип уже можно подержать в руках, проверить собираемость изделия, функциональность электрической схемы и механических узлов. А передав прототип заказчику и установив на реальный автомобиль, можно проверить работоспособность изделия в реальных условиях эксплуатации и при необходимости оперативно произвести изменения в его конструкции. Кроме того, с применением технологий быстрого прототипирования на заводе стали более эффективно осуществляться маркетинговые исследования, прототипы перспективных разработок активно используются в качестве выставочных образцов продукции.

СОЛВЕР предлагает

Инженерно-консалтинговая компания СОЛВЕР является официальным представителем фирмы Stratasys, Inc. в России. Наши специалисты прошли обучение и сертифицированы в компании Stratasys, Inc. Мы осуществляем поставку, запуск, сервисное обслуживание установок FDM, а также проводим обучение специалистов. В Техническом центре СОЛВЕР можно посмотреть в работе 3D-принтер Dimension, установку FDM 3000, а при желании приобрести их непосредственно со склада. Кроме того, для оценки качества моделей, изготовленных по технологии FDM, специалисты СОЛВЕР готовы выполнить тестовую деталь-прототип по вашему STL-файлу.

«САПР и графика» 11'2003