Дослідження структур 3D-тканин та розроблення технологій їх виготовлення

1. МАГІСТЕРСЬКА ВИПУСКНА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА НА ТЕМУ: Дослідження структур 3D-тканин та розроблення технологій їх виготовлення

Київський національний університет технологій та
дизайну
Кафедра механічної інженерії
Студент: гр. МгПМ-22 Дудник Артем Олександрович
Науковий керівник доц. Манойленко Олександр Петрович

2.

2
Мета:
провести об'єктно-орієнтований аналіз 3D текстильних структур для
виготовлення прес-форм які армовані композитними матеріалами. Розробити технології
на базі технологічних процесів швейного, трикотажного, в'язального, ткацького
обладнання та технологій 3D друк.
Об’єкт дослідження: Технологічні процеси виготовлення 3D текстильних структур та
технологічні процеси швейного, трикотажного, в'язального та ткацького обладнання..
Предмет дослідження: робочі органи, механізми їх приводу швейного, трикотажного,
в'язального та ткацького обладнання.
Методика: застосувано основні принципи об’єктно-орієнтованого проєктування:
принципу успадкування (the principle of inheritance); принципу інкапсуляції (principle of
encapsulation): принципу поліморфізму (polymorphism principle).
Наукова новизна: розроблений метод об’єктно-орієнтованого аналізу каркасних 3D
текстильних структур 3D для композитних матеріалів з використанням робочих процесів
механічної технології ткацького, в’язального і швейного виробництв. Узагальнені
причинно-спадкові зв'язки у оbject=3D мікро-моделі, оbject=2D міні-моделі та оbject=3D
макро-моделі каркасних 3D текстильних структур в термінах і принципах об’єктноорієнтовного проектування.
Практичне значення: результати дослідження можуть бути застосовані для розробки
обладнання та технологічних процесів виготовлення 3D текстильних структур.

3. Галузь ЗАСТОСУВАННЯ 3D каркасних структур

3
Механічна інженерія
Авіобудування та автобудування
Велосипедний спорт
Будівництво

4. ПРИЦИП Виготовлення деталей в прес-форми

4
Моделювання
Процес виготовлення

5.

Приклад технологічного процесу виготовлення 3D каркасних текстильних
матеріалів на вишивальному напівавтоматі
Процес вишивки
3D-каркасу
3D армуючий каркас з
карбонового волокна
Готовий виріб
5

6. ТеХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ПРЕС-ФОРМ

6

7. Проблеми які вирішує 3D структура ТКАНИТИ в прес-формі

7

8. Актуальність армування деталей

8
За роботами доктора
Ларса Бітріх:
Збільшення масового
питомого навантаження на
руйнування
розтягувального диска з
вуглепластику відкритого
отвору до 50%
Лопатевий
ротор
для
вакуумних
насосів
збільшення
швидкості
роботи до 35% з змінна
осьова частина CFRP
порівняно зі звичайною
алюмінієвою
конструкцією.

9. Відносна ЩІЛЬНІСТЬ Переплетення

9

10. Характеристика міцності Армуючих тканин

10

11. Механічні властивості деталей за рівнем 3D структур

11

12.

Способи і обладнання виготовлення механіко-технологічних каркасних
структур 3D-об’єктів з текстильних матеріалів
Спосіб
Переваги
Текстильний спосіб:
Недоліки
Можливість застосування
мехатронних модулів для
інтегрованого з ткацькими
верстатами швейного
обладнання
Складність проектування і експлуатації механікотехнологічних систем з комп’ютерним
керуванням. Традиційні ткацькі процеси мають
обмеження для створення складних 3D-форм з
текстилю.
Створення 3D-форм плетіням обмежене їх
довжиною та складністю реалізацією плетільного
способу.
2
Швейний спосіб: спеціальні
швейні машини; вишивальні
машини-автомати
Високоефективне
застосування
модернізованого існуючого
технологічного обладнання
При об’єднанні текстильного і швейного
виробництв виникає потреба в збільшенні
виробничих площ
3
Спосіб формування: обладнання
для формування 3D-преформ з
волокон, ниток і нетканих
матеріалів
Простота і економічність
виготовлення 3D-преформ
Відсутня каркасна структура і тому низька
міцність 3D-преформ
4
Спосіб намотки круглих
3D-преформ
Висока продуктивність
Відсутня каркасна структура і обмежений
асортимент застосування 3D-преформ
5
Спосіб викладки деталей крою з
текстилю для 3D-преформ різної
товщини:
ручна викладка;
роботизована викладка.
Можливість виготовлення
складних 3D-преформ для
композитних деталей
загального і спеціального
машинобудування
Велика вартість апаратних і програмних засобів
робото технологічних систем з сенсорами
технічного зору
6
Адитивні технології в поєднання
з ткацьким, в’язальним,
плетільним способом.
Можливість створення
об’єктів складних 3DОбмеженість застосування типу матеріалів та їх
вартість.
преформ з одночасним
формуванням та її фіксацією.
ткацькі верстати;
1
в’язальні машини;
плетільні машини.
12

13. Створення 3D каркасних структур швейними технологіями

13

14. Технологічний процес створення 3D-тканини на базі швейних технологій (макро-моделі)

14
Човниковим стібком
Ланцюговим стібком
Прошивними способом

15.

Кінематично-принципова схема швейної машини з механізмом подачі
нитки автоматично адаптованого під товщину пакету матеріалу
15

16. Розрахункова схема механізму подачі нитки

16
Функцію дійсної Р(φ,t) та необхідної подачі Р΄(φ,t) і нитки в загальному
вигляді:
Значення довжини контуру подачі нитки функції Р(φ,t) та Р΄(φ,t)

17.

17
Просторові графіки та діаграми значень дійсної
Р(φ) – 1 та необхідної, Р'(φ) – 2 подачі нитки подачі нитки при варіюванні
регульованих параметрів механізму подачі нитки:
а – α0 кута повороту нитконапрямника, б – величини радіуса нитконапрямника

18.

ВИСНОВКИ
18
1.
В кваліфікаційній магістерській роботі виконано дослідження технологічних процесів
виготовлення прес-форм на базі 3D –тканин високо модульних волокон.
2.
Проаналізовані способи і обладнання виготовлення механіко-технологічних каркасних
структур 3D-об’єктів з текстильних матеріалів на базі технологій: швейних, трикотажних, ткацьких,
вязальних та 3D друку.
3.
Розроблений метод об’єктно-орієнтованого аналізу каркасних 3D текстильних структур 3D
для композитних матеріалів з використанням робочих процесів механічної технології
ткацького, в’язального і швейного виробництв. Узагальнені причинно-спадкові зв'язки у оbject=3D
мікро-моделі, оbject=2D міні-моделі та оbject=3D макро-моделі каркасних 3D текстильних структур
в термінах і принципах об’єктно-орієнтовного проектування.
4.
Розглянуто способи створення 3D –тканин на базі зшивання пакетів 2D - матеріалів,
встановлено що з метою технологічності процесів а також безперебійного протікання доцільно
застосовувати ланцюговий тип стібка, що додатково забезпечує армування зовнішніх поверхонь
прес-форм.
5.
Розроблено аналог машини яка може бути використана для з'єднувальних операцій в
залежності змінної товщини матеріалів до 10 мм на базі головки ш.м. 2222 кл.
6.
Розроблено механізм подачі нитки який забезпечує зміну величини подачі нитки в
залежності від товщини матеріалів.
7.
Отримані залежності функцій дійсної подачі нитики та досліджено можливі варіації
величиною подачі нитки в залежності від параметрів нитконапрямника T1, а саме його довжини r
та кутового положення α. Результати дослідження вказали що параметри r можна застосовувати в
випадках коли потрібно виконати налаштування якості ниткового з'єднання, а параметр α буде
застосований для синтезу меланізму подачі нитки який кінематично з'єднаний з пристроєм лапки,
або контролем товщиною матеріалу.