RP И RT ТЕХНОЛОГИИТЕ
СКЪСЯВАТ ВРЕМЕТО ЗА РАЗВИТИЕ НА НОВИ ПРОДУКТИ
доц. д-р инж. Георги Тодоров, д-р Милен Койчев, инж. Борислав Романов,
ТУ София, www.3clab.com
Съвременният глобален пазар се характеризира с безкомпромисна конкуренция и непрекъснато про-
менящи се потребителски капризи. Това принуждава всеки производител на изделия да търси
възможности за съкращаване на сроковете за проектиране и производство при възможно по-ниски
производствени разходи. Един от начините за постигане на това е използването на технологиите за бързо прототипиране из-
вестни като Rapid Prototyping и Rapid Tooling. Натрупаният през последните години опит показва, че интегрирането на RP и RT
технологиите в цикъла проектиране – производство на ново или модифицирано изделие неколкократно, а в от-
делни случаи многократно, съкращава този цикъл при постигане на високо качество
(фиг.1).
Особено съществено предимство е възможността много от дейностите при развитието на изделието
да се реализират паралелно. RP/RT технологията е често пъти най-доброто възможно решение за производство не само на еди-
нични прототипи, но и на малки и средно големи серии на изделия със сложни външни свободно из-
кривени повърхнини и особено на такива със сложна вътрешна геометрия. Тази технология поз-
волява времето за производство да се измерва не в седмици или месеци, а в часове и дни.
При конвенционалните методи за обработване, формообразуването на едно изделие се осъщест-
вява чрез отнемане на материал. При RP методите формообразуването се извършва чрез последова-
телно създаване, подреждане и свързване на тънки обемни слоеве в отделни успоредни равнини
(фиг.2)
, т.е. получаването на формата става чрез добавяне на материал.
Прилагането на RP технологията стартира със създаването на 3D модел на изделието като може да
се използва различна изходна информация. Ако се използва повърхнинен моделиер при построяване
на 3D модела се изисква чрез повърхнините да се създаде напълно затворен обем. При твърдотел-
ното моделиране това става автоматично. Чрез спазване на това изискване се гарантира, че
всички напречни сечения ще са със затворени контури при възпроизвеждането на физическия про-
тотип. Създаденият 3D модел се конвертира в неутрален формат. Използват се различни тран-
слатори, но предпочитаният формат е STL (STereo Lithography). При него повърхнините на 3D CAD мо-
дела се апроксимират с фасетъчни триъгълници, чийто три върха задължително съвпадат с тези на
съседните, така че се гарантират затворени контури на сеченията (слоевете).
На етапа на представяне на данните в STL формат е възможно да се извърши и компютърен инжене-
рен (якостен, температурен, стресов) анализ, чрез метода на крайните елементи, позволяващ своев-
ременното внасяне на корекции в 3D CAD модела на изделието.
Окончателно дефинирания в STL формат 3D модел се “нарязва” на слоеве чрез тънки успо-
редни напречни сечения. Контурите на тези сечения служат за уп-
равляващи траектории на инструмента (например лазерен или ултравиолетов лъч или дюза)
при физическото им последователно възпроизвеждане до получаване на готовия прототип, пълноценен от
гледна точка на геометрията на 3D CAD модела.
Фиг. 3 – Веригата RPRT
Проектирането и произвеждането на формообразуващи инструменти са едни от най-време-
поглъщащите и скъпоструващи етапи в създаването на инструментална екипировка при развитието и про-
изводството на нови продукти от пластмаса или лят под налягане метал. Съществен недостатък на
традиционните технологии е, че при изработването на формообразуващите инструменти чрез конвен-
ционални методи едва, когато са готови е възможно да се извърши геометрична и функ-
ционална оценка на годността на произвежданите oт тях детайли, асемблирани заедно с други де-
тайли. Отстраняването на евентуални грешки във тях в такъв етап е свързано много често с влоша-
ване на качеството, загуба на време и значително общо оскъпяване на проекта.
Твърде често пазарът изисква неголеми серии от дадени продукти и това прави икономически много
неизгодно изработването на необходимите формоoбразуващи инструменти по конвенционален начин.
В тези случаи особено полезни и изгодни са RT методите, които използват RP образци или инстру-
ментите се изработват директно като RP модели. RP образците могат да се ползват както като
модели (позитив), така и като формо-образуваща форма (негатив).
Последователността от дейности при из-
работване на формоо б р а з у в а щ и инструменти по RT технологията е дадена на фиг. 3. Чрез RT се пести
време при изработване на детайли в малки серии и при бързо изработване на инструментална екипировка.
В Технически университет – София, лаб. “CAD/CAM/CAE в индустрията” са разработени и реално приложени тех-
нологични процеси за производство на малки серии алуминиеви детайли.
Първият от тях е за изработване на алуминиеви детайли чрез използване на позитивен RP образец
и фуранови форми и сърца. Технологичната последователност е показана на фиг. 4.
Прототипни детайли получени по тази технология са показани на фиг. 5.
Следва технологичен процес за изработване на алуминиеви детайли чрез използване на негати-
вен RP образец и леене по стопяеми модели
(фиг. 6)
.
Силиконовата форма, стопяемите модели и готовата отливка са показани на фиг. 9.
Както се вижда всеки от разгледаните технологични процеси е подходящ за различни типове де-
тайли. Как най-лесно да се избере оптималния? В лаб. “CAD/CAM/CAE в индустрията” се работи по
разгледаната тематика, като се търсят пътища за oблекчаване избора на RT технологичен процес за
най-оптимално изработване на даден детайл.
Една от тези възможности е използването на разработена експертна система за избор, която на-
сочва потребителя, кой от технологичните процеси е по-подходящ за конкретния детайл. Системата
предлага последователност от въпроси с варианти за отговор, като в резултат предлага решение
(фиг.10)
.
Изборът на подходящ технологичен процес за изработване на малка серия от детайли по някой от
разработените технологични процеси за RT се извършва на базата на конструктивни и техноло-
гични признаци като типа на детайла, дебелина на стените, наличието на оребряване, наличието на
засенчвания, габарити на детайлите, зададена точност на размерите, формата и взаимното раз-
положение на повърхните, грапавостта, мащаб на производство, използвани материал и др.
Всичко това показва големите възможности на тези технологии и приноса им за намаляване на
времето за реализиране на изделията в множество сектори
(фиг. 11).
Безспорно успеха на един RP/RT проект или консумирана потребителска услуга трябва да се търси
в пресечната точка на три критерия: по-добро качество на изделието, значително скъсяване на
времето за излизане на пазара и подходяща цена. Това оценено заедно, гарантира сериозно намаля-
ване на разходите за създаване и производство на изделия в малки и средни серии, респективно ино-
вациите и инвестициите за изделия, произвеждани в по-големи серии.
В заключение трябва да се каже, че прилагането на RP/RT технологиите по никакъв начин не про-
тивостои на конвенционалните технологии. Освен, че се допълват в много случаи, тези технологии
действително гарантират по-добро качество на конвенционалните технологични процеси и на спе-
циализираната инструментална екипировка при намалени производствени разходи.