В наши дни сме свидетели на революционни промени в технологиите и производството. До голяма степен те се дължат на усвояването на материалодобавните технологии (3D принтиране) и внедряването на 3D принтери.
В момента в редица високотехнологични производства човечеството започва да достига тавана на техническите възможности при традиционните методи на обработка на материалите. Внедряването на иновационни методи на прототипиране и производство, като 3D принтиране, позволява да се премине бариерата и да се осъществят най-дръзките идеи на конструктори и учени.
Приложението на материалодобавните технологии все повече влияе върху ускоряването на внедряването на оригинални идеи в дизайна, машиностроенето и космическата техника не прави изключение.
Най-интересeн за производството на космическа техника е 3D принтиране от метал. Пластмасата засега не осигурява нужните параметри. Но за опитни конструктивни разработки на детайли и възли пластмасата е подходяща. Особено полезен е 3D печатът при разработка на сложни изделия от голям брой различни възли със сложна геометрична компановка.
Днес вече е широко разпространена технологията на 3D проектиране на нови изделия с различни системи за автоматизирано проектиране (САПР) като Компас 3D, SolidWorks, NX и др. Компютърното 3D моделиране улеснява работата на конструктора, осигурява голяма нагледност. Но то си остава виртуално и не позволява да се установят пропуските при проектирането на сложни системи, съставени от агрегати с различно предназначение, свързани в сложни геометрични компановки (каквито са например ракетните двигатели). Тези проблеми се решават при монтажа, което води до необходимостта от повторно производство на детайли и възли, променени при компановането на изделието.
Тук на помощ идва технологията на 3D принтиране, която позволява евтино и бързо изготвяне на конструкторски макети на новопроектираните изделия.
В КБхиммаш “А. М. Исаев” при разработката на нов кислородно-водороден ускорителен блок за ракета “Ангара” се прилага 3D принтиране за направа на конструкторски макет на бордов източник на захранване (БИП). БИП е предназначен за захранване с работна течност със зададени параметри (разход, налягане, температура) на две сервоустройства за двигателя на ракетата.
БИП включва различни агрегати, като регулатори, редуктори, пневмо и електропневматични клапани, турбопомпа и др. Размерите му (460×650×750 мм) позволяват приложението на 3D печат.
За монтаж на макета бе планирано да се напечатат отделните агрегати (клапани, регулатори и т.н.), елементите на носещата част, тръбопроводите (по 3D модели) и закрепването. Но се оказа по-разумно да не се 3D принтират закрепващите елементи, а да се използват метални болтове, гайки и т.н.
Бе решено също да не се пускат за 3D принтиране тръбопроводи със зададена геометрия – металните тръби могат да се напасват лесно на място при разминаване в координатите на крайните елементи. Но тъй като по-тежките метални тръбопроводи биха натоварили носещите елементи на макета, се стигна до компромис: елементите на тръбопроводите (преходници, накрайници и др.) бяха направени на 3D принтер от пластмаса ABS, а самите тръби – от метал, като дебелината на стените им бе намалена от 1 мм на 0,5 мм за олекотяване.
Тъй като отпечатването на резбите се оказа проблематично, бе решено те да се направят с метчици и плашки върху готовите пластмасови детайли. Възникнали са проблеми с вътрешните резби, но са решени чрез увеличаване на процента на запълване с материал при печат на елементите.
Монтажът на експерименталния макет, изготвен чрез 3D печат, е завършен и вече могат да се направят изводи:
Макетът струва 10-15 пъти по-малко, като изпълнява същите функции както и обичайният макет от метал – проверка на събираемост, отработка на технологията на монтаж, изясняване на неточностите в конструктивната документация и т.п. При това се спестява проектирането и използването на щампи, множество стругови и фрезови операции и друга механична обработка. Веригата от изпълнители се свежда до “конструктор – оператор на 3D принтер – монтажист”, което също значително ускорява и упростява направата на конструкторския макет.
