3D-печать формообразующей оснастки для вакуум-формования изделий авиационного остекления

Машиностроение и машиноведение

2024. Т. 31. № 2. С. 174-182.

Авторы

Шатов М. С.1*, Бохоева Л. А.2**, Титов В. А.3***, Рогов В. Е.4****, Батуев Ц. А.1*****

1. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская, 40в, стр. 1, Улан-Удэ, Республика Бурятия, 670013, Россия
2. Иркутский филиал Московского государственного технического университета гражданской авиации, ул. Коммунаров, 3, Иркутск, 664047, Россия
3. Бурятский государственный университет имени Доржи Банзарова, ул. Смолина, 24а, г. Улан-Удэ, Республика Бурятия, 670000, Россия
4. Байкальский институт природопользования СО РАН, ул. Сахьяновой, 6, Улан-Удэ, Республика Бурятия, 670047, Россия

*e-mail: maksim.shatov.97@mail.ru
**e-mail: bohoeva@yandex.ru
***e-mail: titov_vadim_wp@mail.ru
****e-mail: rogov54v@mail.ru
*****e-mail: batuevc@mail.ru

Аннотация

При производстве авиационной техники требуется большое количество формообразующей оснастки, в том числе и для изделий остекления, поскольку они имеют сложные формы. Для изготовления металлической оснастки из сплавов алюминия необходима длительная механическая обработка на современных станках. Применение ЧПУ-станков требует значительных капиталовложений, что повышает конечную стоимость потребительского продукта. В современном машиностроении для изготовления формообразующей оснастки начали использовать аддитивные технологии. Применение 3D-печати (FDM) в изготовлении оснастки позволяет сократить затраты на оснастку в 8 раз, а время ее изготовление в 2,5–3 раза.
В статье представлена технология изготовления оснастки для вакуум-формования изделий авиационного остекления, полученной с помощью 3D-печати из AБС-пластика. Выбор АБС-пластика объясняется не только его высокими эксплуатационными свойствами, но сравнительно низкой стоимости, а также высокой технологичностью. Для экономии АБС-пластика была напечатана только рабочая область матрицы, каналы для выкачивания воздуха и выходы под крепления. Печать матрицы осуществляли на 3D-принтере ENDER 3, с высокой плотностью заполнения (до 100%). 
Установлено, что для долговременной работы разработанной оснастки для изготовления формовок из органического стекла необходимы пластики, способные выдерживать более высокие температуры эксплуатации. 

Ключевые слова:

оснастка, 3D-печать, АБС-пластик, аддитивные технологии, химическое полирование, вакуум-формование, формовка, изделия авиационного остекления

Библиографический список

  1. Сентюрин Е.Г., Мекалина И.В., Кричевский Д.Д, Попов А.А. Авиационные ориентированные органические стекла (вчера, сегодня, завтра) // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2021. № 2. С. 42–47. DOI: 10.31044/1994-6260-2021-0-2-42-47
  2. Ша М., Сунь И. Исследование повреждений оргстекла летательных аппаратов в условиях высокоскоростного дождевого каплеудара // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 65–76. DOI: 10.34759/vst-2022-3-65-76
  3. Raut S., Jatti V.S., Khedkar N.K., Singh T.P. Investigation of the effect of built orientation on mechanical properties and total cost of FDM parts // Procedia materials science. 2014. Vol. 6, pp. 1625-1630. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.07.146
  4. Nováková-Marcinčínová Ľ., Novak-Marcincin J. Verification of mechanical Properties of ABS materials used in FDM rapid prototyping technology // Proceedings in manufacturing systems. 2013. Vol. 8. No. 2, pp. 87-92.
  5. Dudek P. FDM 3D printing technology in manufacturing composite elements // Archives of Metallurgy and Materials.  2013. Vol. 58. No. 4, pp. 1415-1418. DOI: 10.2478/amm-2013-0186
  6. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. – СПб.: Изд-во политехнического университета, 2013. – 222 с.
  7. Barnatt C. 3D Printing: The Next Industrial Revolution. - USA: CreateSpace Independent Publishing Platform. 2013, pp. 8-20.
  8. Canessa E., Fonda C., Zennaro M. (eds) Low-Cost 3d Printing For Science, Education & Sustainable Development. 2013, pp. 75-78.
  9. Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Чермошенцева А.С. Разработка оптимальной конструкции многослойной консоли крыла беспилотного летательного аппарата с экспериментальным подтверждением // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 1. С. 65–75. DOI: 10.34759/vst-2020-1-65-75
  10. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. C. 7–17.
  11. Белов О.А., Бердникова Н.А., Бабкин А.В., Козлов М.В., Белов Д.А. Композитная формообразующая оснастка // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 115–122.
  12. Лопатин А.Н., Рынгач Н.А. Применение аддитивных технологий в подготовке производства композитных самолетов // XXV Туполевские чтения, школа молодых ученых (10–11 ноября 2021; Казань): Сборник докладов в В 6-ти томах. – Казань: ИП Сагиева А.Р., 2021. Т. 1. С. 472–476.
  13. Лопатин А.Н., Зверков И.Д. Изготовление формообразующей оснастки аддитивными методами для композитных деталей // Авиационные материалы и технологии. 2019. № 2(55). С. 53-59. DOI: 10.18577/2071-9140-2019-0-2-53-59
  14. Михайлин Ю.А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы на их основе. – СПб.: Профессия, 2006. С. 33–346.
  15. Петрова Г.Н., Платонов М.М., Большаков В.А., Пономаренко С.А Исследование комплекса характеристик базовых материалов для FDM технологии аддитивного синтеза. Физико-механические и теплофизические свойства // Пластические массы. 2016. № 5–6. С. 53–58. DOI: 10.35164/0554-2901-2016-5-6-53-58
  16. Аксенов Л.Б., Кононов И.Ю., Колбасников Н.Г. Напряженное состояние пластиковых штампов, изготовленных 3D-печатью, при гибке тонколистового алюминия // Пром-Инжиниринг: сборник трудов VI Всероссийской научно-технической конференции (18–22 мая 2020; Челябинск). – Челябинск: ИЦ ЮУрГУ, 2020. С. 203–206.
  17. Бохоева Л.А., Курохтин В.Ю., Перевалов А.В., Рогов В.Е., Покровский А.М., Чермошенцева А.С. Испытания элементов конструкций и узлов вертолета на усталостную прочность // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 1. С. 7–16.
  18. Андрианов И.К., Попов А.В., Чепурнова Е.К. Формообразующие детали штампа оптимизированного объема, изготовленные методом 3D-печати // Производственные технологии будущего: от создания к внедрению: Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции молодых ученых (05–11 декабря 2022; Комсомольск-на-Амуре). В 2-х частях. – Комсомольск-на-Амуре: Изд-во КнАГУ, 2023. С. 10–13.
  19. Шатов М.С., Батуев Ц.А., Грешилов А.Д, Митрюшкин И.С. Разработка оснастки и оборудования для вакуум-формования авиационного остекления из органического стекла // Проблемы механики современных машин: Сборник трудов VIII Международной конференции (04–09 июля 2022; оз. Байкал). – Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2022. С. 266–271. DOI: 10.53980/9785907599055_266
  20. Батуев Ц.А., Шатов М.С., Лисов К.Д., Семенов Е.Д. Разработка установки для горячего формования авиационного остекления из органического стекла с применением аддитивных технологий // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. № 8(255). С. 14–16. DOI: 10.35211/1990-5297-2021-8-255-14-16
  21. Шварцманн П., Иллиг А. Термоформование (материалы, процессы, инструменты): Практическое руководство / Пер. с англ. яз. под ред. М.А. Шерышева. – СПб.: Профессия. 2007. – 288 с.
  22. ПИ-1.2.315-89 Производственная инструкция. Изготовление деталей остекления из органических стекол. – М.: ВИАМ, 1990. – 102 с.
  23. Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Пластические массы. Свойства и применения. Справочник. – Л.: Химия, 1978. – 384 с.
  24. Ahn D., Kweon J.-H., Kwon S. et al. Representation of surface roughness in fused deposition modeling // Journal of Materials Processing Technology. 2009. Vol. 209. No. 15-16, pp. 5593-5600. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.05.016
  25. Куликов М.Ю., Ларионов М.А., Гусев Д.В., Шевчук Е.О. Улучшение шероховатости поверхностей деталей из полимерных материалов, полученных с помощью аддитивных технологий // Вестник Брянского государственного технического университета. 2021. № 7(104). С. 12–18. DOI: 10.30987/1999-8775-2021-7-12-18
  26. Якубович Д.И., Васеничева А.В Снижение шероховатости поверхности изделий из пластика ABS, полученных методом аддитивных технологий // Вестник Белорусско-Российского университета. 2021. № 3(72). С. 99–107. DOI: 10.53078/20778481_2021_3_99
  27. Костина Е.С., Чубуков А.И., Ильинкова Т.А., Клабуков М.А. Механические свойства ABS-пластика, полученного по FDM-технологии // Современный взгляд на проблемы технических наук: Сборник научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции. – Уфа: Изд-во ИЦРОН, 2017. С. 42–47.
  28. Куликов М.Ю. Ларионов М.А., Гусев Д.В., Шевчук Е.О. Обеспечение качества деталей, изготовленных с помощью аддитивных технологий // Вестник Брянского государственного технического университета. 2020. № 12(97). С. 4–10. DOI: 10.30987/1999-8775-2020-12-4-10

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024