Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат технических наук Бобцова, Светлана Владимировна

• Бобцова, Светлана Владимировна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бобцова, Светлана Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ БЫСТРОГО

ПРОТОТИПИРОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНИМОСТИ RP-ТЕХНОЛОГИЙ.

2.1 Анализ технологических и эксплуатационных свойств материалов, используемых в RP-технологиях.

2.2 Актуальность и целесообразность исследования возможности изготовления оптических изделий RP - методами.

2.3 Предварительный выбор материалов для изготовления оптических деталей методами быстрого прототипирования.

2.4 Проверка оптических характеристик материалов, используемых в эксперименте.

2.5 Исследование материалов для создания моделей на пригодность их использования при изготовлении силиконовых форм.

2.6 Анализ технологий изготовления моделей в применении к выбранным материалам.

2.7 Определение геометрических параметров моделей оптических деталей, изготовленных методом послойного синтеза на RP-установке.

2.8 Применение RP - технологий в процессе изготовления оптических изделий.

2.9 Выбор типовых представителей оптических деталей для разработки технологии литья.

2.10 Отработка технологии изготовления оптических деталей из полиуретанов методом вакуумного литья в силиконовые формы при различных режимах и схемах заливки.

ГЛАВА Ш РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ.

3.1 Методика изготовления сборной модели изделия.

3.2 Методика доводки оптических поверхностей изделий, полученных с помощью RP - технологии.

3.3 Методика изготовления изделий из полиуретанов методом литья в силиконовые формы.

3.4 Методика изготовления пресс-форм с использованием принципов RP - технологий.

ГЛАВА IV ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ RP - ТЕХНОЛОГИЙ В

ПРИБОРОСТРОЕНИИ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методов использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении»

Резкое ускорение темпов развития многих отраслей деятельности человека - реальность нашего времени. В странах с развитой рыночной экономикой достигнут самый высокий результат этой деятельности при ведущей, решающей роли технологии и неразрывно связанной с ней экономики. В силу различных обстоятельств Россия оказалась в роли догоняющей и для нас исследования, направленные на решение насущных технологических проблем, являются особенно актуальными. Ведущая роль приборостроения в техническом прогрессе общепризнанна, а значит, решение технологических проблем в этой отрасли имеет особую и теоретическую, и практическую значимость.

Последними достижениями в технологии создания изделий являются так называемые генерированные технологии, особенно их разновидность -Rapid Prototyping (технологии быстрого прототипирования или RP-технологии). Это не только принципиально новые технологии, позволяющие изготавливать изделия практически любой формы без традиционных станков, инструментов и оснастки, но и технологии, обеспечивающие резкое сокращение времени всего цикла создания изделия: от возникновения идеи до выхода изделия на рынок.

Как известно, в реальной рыночной экономике главной конечной целью является получение максимальной прибыли. Известно также, что это возможно как минимум при двух условиях:

• отсутствие конкурента на рынке, т.е. выход на рынок ранее конкурентов;

• обеспечение высокого качества изделий.

Для выполнения этих главных условий у RP - технологий в настоящее время нет конкурентов.

Основной задачей данной диссертационной работы является проведение исследований, позволяющих использовать RP - технологии в создании приборов в условиях реальной российской экономики. При этом впервые создание приборов от возникновения идеи до серийного производства рассматривается как единый процесс. Разработанные методики использования RP - технологий на различных этапах создания приборов позволяют минимизировать время создания и обеспечивают высокое качество приборов. Эти методики проверены при создании конкретных изделий и могут быть использованы для обеспечения вышеуказанных условий при создании любой приборостроительной продукции.

Заключение диссертации по теме «Технология приборостроения», Бобцова, Светлана Владимировна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенных в рамках диссертационной работы исследований получены следующие результаты:

1. Изучены литературные источники (как российские, так и иностранные), в том числе периодическая литература. Сделан вывод о том, что большая часть из них посвящена простому описанию существующих технологий быстрого прототипирования без исследований возможности их применения как в приборостроении в целом, так и в оптическом приборостроении в частности.

2. Произведен анализ наиболее распространенных на сегодняшний день RP-технологий с целью определения возможностей их применения на различных этапах создания изделий приборостроения при помощи сопоставления важнейших характеристик, таких как производительность, геометрическая точность изготавливаемых изделий, используемый материал.

3. Проведены экспериментальные исследования в ходе которых:

• на основании измерений оптических характеристик выбраны полиуретаны пригодные для изготовления оптических изделий методом литья в эластичные силиконовые формы;

• найдены технологические режимы литья, которые позволяют изготовление изделий с требуемыми показателями качества.

4. Разработаны методики использования технологий быстрого прототипирования на различных стадиях создания изделия. Практическое использование данных методик с положительными результатами (смотри акты внедрения - приложения 1, 2, 3) подтверждает целесообразность их более широкого внедрения.

5. Разработана методика изготовления металлической оснастки для изготовления изделий приборостроения с использованием принципов RP-технологий.

6. Определены особенности расчета экономической эффективности при использовании RP-технологий в приборостроении. Построены диаграммы, демонстрирующие несомненные преимущества этих инновационных технологий при их внедрении в изготовление изделий приборостроения.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе учебное пособие с грифом УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники.

Основные научные результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях СПбГУ ИТМО 2002,

2003 годах, а также научных семинарах Университета Бремен (Германия) в

2004 и 2005 годах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бобцова, Светлана Владимировна, 2005 год

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. -280 с.

2. Адлер Ю.П., Грановский Ю.В., Маркова Е.В. Теория эксперимента: прошлое, настоящее, будущее. -М.: Знание, 1982.

3. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь, 1983.

4. Белов A.M., Добрин Г.Н., Зубарев Ю.М. Экономические расчеты в курсовых и дипломных проектах по технологическим специальностям. Учебное пособие / Под редакцией д-ра экон. наук, проф. О.В. Завьялова. СПб.: Изд-во СПбГУЭФ, 1999. - 77 с.

5. Бобцова С.В. Использование RP-технологий в приборостроении. // XXXIV научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО. 2-4 февраля 2005.

6. Бобцова С.В., Валетов В.А. Возможности использования технологий быстрого прототипирования в приборостроении. // Научно-технический вестник, № 3, 2001. С. 97-103

7. Валетов В.А., Бобцова С.В. Влияние RP-технологий на качество изделий. // Инструмент и технологии, 19-20, СПб., 2004. С. 20-24.

8. Валетов В.А., Бобцова С.В. Технология быстрых прототипов и их использование в приборостроении. // Фундаментальные иприкладные проблемы теории точности процессов, машин, приборов и систем. СПб., часть 2. С. 154-160.

9. Валетов В.А., Бобцова С.В. Новые технологии в приборостроении. Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2004. - 120 с.

10. ГОСТ 19927-74 Пластмассы. Методы определения показателя преломления. М.: Издательство стандартов, 1974.

11. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры игхарактеристики. М.: Издательство стандартов, 1973.

12. ГОСТ 28869-90 Материалы оптические. Методы измерений показателя преломления. М., 1990.

13. Дальский А.М. Технология конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

14. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. М.: Мир, 1981.

15. Космачева Г.А., Дубова Т.М., Бобцова С.В. Разработка новых технологических процессов быстрого изготовления моделей и оснастки. Отчет о научно-исследовательской и опытно-конструкторской работе. № госрегистрации 01.2.00 314202. СПб., 2003.

16. Ландсберг Г.С. Общий курс физики. Том HI. Оптика. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1952.-728 с.

17. Матанин А.А. Технология машиностроения: Учебн. Л.: Машиностроение, 1985.-496 с.

18. Математический энциклопедический словарь. / Гл. ред. Ю.В. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1988. - 847 с.

19. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971.

20. Планирование эксперимента. / Под ред. Г.К. Крута. М.: Наука, 1966.-424 с.Ъ

21. Проектирование технологических процессов в машиностроении. / Под ред. д.т.н., профессора И.П. Филонова. Минск: УП «Технопринт», 2003 - 910 с.

22. Рогов В.А., Ушомирская JI.A., Чудаков А.Д. Основы высоких технологий. -М.: Вузовская книга, 2001.

23. Справочник конструктора оптико-механических приборов. / М.Я. Кругер, В.А. Панов, и др. Д.: Машиностроение, 1980 742 с.

24. Справочник технолога оптика. / Под ред. С.М. Кузнецова, М.А. Окатова. - Д.: Машиностроение, 1983. - 414 с.

25. Справочник технолога оптика. / Под ред. М.А. Окатова. - СПб.: Политехника, 2004. - 679 с.

26. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. Т. 1 / Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. -М. Машиностроение-1, 2001. 912 с.

27. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. Т. 2 / Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. -М. Машиностроение-1, 2001. 944 с.

28. Технология конструкционных материалов. / Под ред. д.т.н. A.M. Дальского, М.: Машиностроение, 2003.

29. Технология конструкционных материалов: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / A.M. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. A.M. Дальского. -2-е изд., пререраб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

30. Технология оптических деталей под ред. д.т.н. М.Н. Семибратова. -М.: Машиностроение, 1978. 415 с.

31. Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М.: Мир, 1977. - 552 с.

32. Шишмарев В.Ю. Машиностроительное производство. Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. М.: Издательский центр «Академия», 2004 - 352 с.

33. Яворский В.А. Планирование научного эксперимента и обработка экспериментальных данных. Московский физико-технический институт. Долгопрудный, 2005. 21 с.

34. Auf dem Weg zum Serienteil. Werkzeug & Formenbau, November 1995.

35. CAD/CAM/PLM-Handbuch 2003/04. / Karl Obermann. Munchen u.a.: Hanser, 2003.

36. Dolenc, A. Software Tools for Rapid Prototyping Technologies in Manufacturing. Acta Polytechnica Scandinavica, No. 62, Helsinki, 1993.

37. Dusel, K.H.; Eyerer, P.: Materialien fur Rapid Tooling Technologien. Tagungsumdruck, 4. Anwendertagung Produkt- und Prozessentwicklung mit neuen Technologien, Dresden, 1996.

38. Eberlein, W. Schnell vom digitalen Produktmodell zur Form. / 3D Erfahrungsforum Werkzeug- und Formenbau. Darmstadt, 26./27. Februar 1998.

39. Eckstein, M.: Rapid Metal Prototyping. 41. Internationales wissenschaftliches Kolloquium, TU Ilmenau, 23.-26. September 1996.

40. Flexible Integration von Rapid-prototyping-Prozessketten in die Produktenstehung. / Dreher, Stefan, 2005.

41. Everheim, W., Klocke, F. Werkzeugbau mit Zukunft: Strategie und Technologie. Berlin Heildelberg. Springer, 1998.

42. Gasser, A. Herstellung metsllischer Bauteile durch Selektives Lasersintern und Lasergenerieren. NCG Tagung Arbeitskreis Rapid Prototyping, LBBZ, Aachen, Dezember 1995.

43. Ganzheitliche Technologiebewertung: ein Modell zur Bewertung unterschiedlicher Produktionstechnologien. / Karl Hall. 1. Aufl. -Wiesbaden: Dt. Univ. -Verl., 2002.

44. Gebhardt, A. Rapid Prototyping. Werkzeuge fur die schnelle Produktentwicklung. Munchen, Hanser 1996.

45. Gebhardt, A. Rapid Prototyping. Werkzeuge fiir die schnelle Produktentwicklung. Munchen, Hanser 2000.

46. Geuer, A. Einsatzpotentiale des Rapid Prototyping in der Produktentwicklung. Berlin, Heidelberg: Springer Verlag, 1996.

47. Griinwald, F. Fertigungsverfahren in der Geratetechnik. Carl Hanser Verlag Munchen Wien, 1985.

48. Haferkamp, H., Bach, F.W., Gerken, J. Rapid Manufacturing of Metal Parts by Laser Sintering. 28th International Symposium on Automotive Technology and Automation, IS ATA. Stuttgart, 1995.

49. Joppe, M. VisCam RP Vom CAD direct zur RP-Maschine ohne STL. / Proceedings of International User's Conference on Rapid Prototyping & Rapid Tooling & Rapid Manufacturing, uRapid 2000, Berlin 29^-31st May 2000, Germany, pp 155-170.

50. Kaschka, U. Methodik zur Entscheidungsuntersttitzung bei der Auswahl und Bewertung von konventionellen und Rapid Tooling Prozessketten, Shacker Verlag, Aachen, 1999.

51. Keller, В.; Luck, Т.; Eyerer, P. Prototypen und Kleinstserien, Kunststoffe. Carl Hanser Verlag Munchen, November 1995.

52. Klocke, F; Nolken, S. Verfahren und Prozessketten zur Fertigung metallischer Bauteile und Werkzeuge. Spektrum der Wissenschaft. April, 1995.

53. Konstruieren mit CATIA V5: Methodik der parametisch-assoziativen Flachenmodellierung. / Egbert BraB. 3., vollst. neu bearb. und erw. Aufl. - Mtinchen: Hanser, 2005.

54. Langen, M. Einsatz der Stereolithographie fur das Rapid Toolig in der SpritzgieBverarbeitung. 3. Anwendertagung Intelligente Produktionssysteme Solid Freeform Manufacturing. Dresden, September, 1995.

55. Lohner, A. DLMS Der schnelle Weg zum Kleinserien-Spritzgiessteil. Prazisionslaserstrahlfertigungstechnik fur den Maschinenbau, Meisenbach Bamberg, 1996, S. 97-109.

56. Lorenzen, J.; Breitinger, F. Rapid Tooling Verfahren zur schnellen Herstellung von Prototypenwerkzeugen. Tagungsunmdruck, Kapitel 8. Verkiirzung von Entwicklungszeiten durch Rapid Prototyping, EUROFORUM-Konferenz. Koln, 24.-25. Oktober, 1996.

57. Menges, G. Anletung zum Bau von Spritzgiesswerkzeugen: mit 62 Tabellen 5., vollig tiberarb. Aufl. Mtinchen u.a.: Hanser, 1999.

58. Moderne Konstruktionsmethoden im Maschinenbau. / Peter Kohler. 1. Aufl. Wtirzburg: Vogel, 2002.

59. Mtiller, D.H., Weitzel, R. Datenverarbeitung und Prozessplannung ftir Rapid Prototyping Verfahren. Bremer Institut Betriebstechnik und angewandte Arbeitswissenschaft an der Universitat Bremen.

60. Mtiller, D.H., Mtiller, H. Rapid Prototyping Verfahren. Eigenschaften, Anwendung und Verbreitung. Bremer Institut Betriebstechnik und angewandte Arbeitswissenschaft an der Universitat Bremen.

61. Optik fur Ingenieure : Grundlagen; mit 28 Tabellen. / Pedrotti, Frank L. -3., bearb. und aktualisierte Aufl. Berlin u.a.: Springer, 2005.

62. Pohl, H. Die Herstellung metallischer Werkstticke mit dem ProMetal Rapid Tooling Prozess. Tagungsband, VDI-Seminar Rapid Prototyping & Rapid Tooling, Aachen, 2002.

63. Rapid Prototyping: mit neuen Technologien schnell vom Entwurf zum Serienprodukt; Augsburg, 16. Juli 1997. / Gunther Reinhart. Mtinchen: Utz, Wiss., 1997.

64. Rapid prototyping & tooling: Potentiale Erfahrungen - Praxisbeispiele - Trends. Tagung Duisburg. 26. September 2002. / Gesellschaft Produktionstechnik. - Dusseldorf: VDI-Verlag, 2002.

65. Rapid Prototyping & Tooling. Tagung Duisburg, 26. September 2002.

66. Rapid Tooling: neue Strategien fur den Werkzeug- und Formenbau; Augsburg, 15. Oktober 1998. / Milberg Joahim. Mtinchen: Utz, Wiss., 1998.

67. Rapid Tooling: SpritzgieBen mit Prototyp-Werkzeugen und der EinfluB auf die Bauteileigenschaften. / Karl-Heinz Dusel, 2000.

68. Santek, D., Dureteck, I. Rapid Prototyping schneller Modellbau aus CAD-Daten. Osterreichische Kunststoffzeitschrift 27, 1996.

69. Reinhart, G., Lorenzen, J. Rapid Tolling Technologien zur schnellen Herstellung von Prototypen und Vorserienwerkzeugen. 3D Erfahrungsforum Werkzeug- und Formenbau. Darmstadt, 26.121. Februar 1998.

70. Shellabear, M. Bindemittel ade Neue Wege beim Lasersintern. Laserpraxis, Juni 1995.

71. Schlink, H. Bestimmung von Funktionkosten: Grundlagen fur die kostenorientierte Entwicklung technischer Produkte. DUV. GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2004.

72. Technische Optik: Grundlagen und Anwendungen. / Schroder, G. 9., erw. Aufl. - Wurzburg: Vogel, 2002.

73. The International Journal on Technologies for Rapid Product Development and Direct Manufacturing. / Rapid Prototyping Journal, Nr. 5, 2004.

74. Weitzel, R. Maschinenneutrale ProzeBdatenaufbereitung fiir Schichtfertigungsverfahren. Diplomarbeit am Fachbereich Informatik der Universitat Bremen, Mai 2000.

75. Werkzeuge fiir die Kunststoffverarbeitung: Bauarten, Herstellung, Betrieb; mit 53 Tabellen / Giinter Mennig. 4. Aufl. - Mtinchen u.a.: Hanser, 1995.

76. Wiesner, P.; Eckstein, M. u.a. Rapid Prototyping durch Laserschneiden und DiffusionsschweiBen. Proceedings of the 6th European Conference on Laser Treatment of Materials, ECLAT, Vol. 2. September 16-18, 1996.

77. Wirth, J. Rapid Modeling: Gegenstandliches CAD fiir die „begreifbare" Produktgestaltung. Carl Hanser Verlag Mtinchen Wien, 2002.

78. Wirtz, H. Selektives Lasersintern von Keramikformschalen fiir GieBanwendungen, Dissertation, Aachen. Shaker Verlag, 2000.

79. Wohlers, Terry Т., Wohlers Associates, Inc.: Rapid Prototyping & Tooling. Weltweite Brancheniibersicht 1999. Fort Collins, Colorado.

80. Wohlers, Terry Т., Wohlers Associates, Inc.: Wohlers Report 2000. Rapid Prototyping & Tooling State of the Industry.Annual Worldwide Progress Report. Fort Collins, Colorado, 2000.

81. Генеральный директор, к.т.н. Гл. инженер Руководитель группы Ведущий конструктор1. Акт о внедрениирезультатов научно-исследовательских разработок в практическуюдеятельность

82. Генеральный директор Технический директор Инженер-технолог1. Сигма-Тест

83. Научно-производственное предприятие

84. РОССИЯ, 192148, Санкт-Петербург, ул. Седова, 15, тел./факс: [phone]; e-mail: sigmatestfijmail ru

85. Методики создания моделей корпусных деталей приборов.

86. Методики изготовления корпусных деталей приборов методом литья полиуретанов в эластичные силиконовые формы.

87. Рекомендаций по проведению оценки экономической эффективности применения технологий быстрого прототипирования в приборостроении.

88. Использование указанных материалов позволяет:• сократить время конструирования приборов;• снизить стоимость изготовления;• повысить качество производимых деталей приборов.

89. Ожидаемый экономический эффект от внедрения выполненных разработок составляет 380 тыс. рублей.