Вводная_лекция_1_Правовые_основы_в_области_промышленного_дизайна

1.

Правовые основы в области
промышленного дизайна.
Национальные и международные
стандарты в области эргономики.
ВВЕДЕНИЕ

2.

Формообразование промышленно
изготовляемой продукции (изделия)
с учетом производственных и
маркетинговых технологий,
конструирования, материаловедения,
структурных и функциональных
характеристик, а также эргономических
требований
П р и к а з
М и н и с т е р с т в а
т р уд а и
с о ц и а л ь н о й
з а щ и т ы Р Ф о т 1 2
о к т я б р я 2 0 2 1 г.
N 7 2 1 н
" О б у т в е р ж д е н и и
п р о ф е с с и о н а л ь н о
г о
с т а н д а р т а
" П р о м ы ш л е н н ы й
д и з а й н е р "

3.

Формообразование промышленно изготовляемой продукции
(изделия) с учетом производственных и маркетинговых
технологий, конструирования, материаловедения, структурных
и функциональных характеристик, а также эргономических
требований
В о з м о ж н ы е
н а и м е н о в а н и я
д о л ж н о с т е й ,
п р о ф е с с и й
И н ж е н е р
И н ж е н е р - к о н с т р у к т о р ( к о н с т р у к т о р )
И н ж е н е р - к о н с т р у к т о р ( к о н с т р у к т о р ) I I I к а т е г о р и и
И н ж е н е р - п р о е к т и р о в щ и к
Ч е р т е ж н и к - к о н с т р у к т о р
М а к е т ч и к м а к е т н о - м о д е л ь н о г о п р о е к т и р о в а н и я
М а к е т ч и к х уд о ж е с т в е н н ы х м а к е т о в
П р о м ы ш л е н н ы й д и з а й н е р
Д и з а й н е р - в и з у а л и з а т о р
Д и з а й н е р - 3 D - м о д е л ь е р

4.

Тр уд о в ы е
д е й с т в и я
Н е о б х о д и м ы е
у м е н и я
С о с т а в л е н и е э т а л о н н о г о р я д а и з и з д е л и й - а н а л о г о в ,
а н а л и з ф у н к ц и о н а л ь н ы х х а р а к т е р и с т и к , к о м п о з и ц и и ,
ф о р м ы и т е х н о л о г и ч н о с т и и з д е л и й
О р г а н о л е п т и ч е с к и й а н а л и з ( а н а л и з в о с п р и я т и я и з д е л и й )
и р а з м е р н ы й а н а л и з к о н с т р у к ц и й и з д е л и й - а н а л о г о в
Ф о р м и р о в а н и е к о н ц е п ц и и п р о д у к т а , и з д е л и я и л и
э л е м е н т а в с о о т в е т с т в и и с т р е б о в а н и я м и , з а д а ч а м и
С о з д а н и е э с к и з о в п р о д у к т а ( и з д е л и я , э л е м е н т а )
К о н с т р у и р о в а н и е м а к е т о в п р о д у к т а ( и з д е л и я , э л е м е н т а )
Р а з р а б о т к а ф и з и ч е с к о г о п р о т о т и п а п р о д у к т а ( и з д е л и я ,
э л е м е н т а )
С о з д а н и е ф и з и ч е с к и х м о д е л е й п р о д у к т а ( и з д е л и я ,
э л е м е н т а )
А н а л и з и р о в а т ь з а п р о с ы п о т р е б и т е л е й и у ч и т ы в а т ь
с о в р е м е н н ы е т р е н д ы и т е н д е н ц и и п р и р а з р а б о т к е
п р о д у к ц и и ( и з д е л и й )
И с п о л ь з о в а т ь и н ф о р м а ц и о н н о - к о м м у н и к а ц и о н н ы е
т е х н о л о г и и и п р о г р а м м н о е о б е с п е ч е н и е д л я
э с к и з и р о в а н и я , м а к е т и р о в а н и я , м о д е л и р о в а н и я ,
п р о т о т и п и р о в а н и я п р о д у к ц и и ( и з д е л и я , э л е м е н т а )
С о з д а в а т ь э с к и з ы п р о д у к т а ( и з д е л и я , э л е м е н т а )
И с п о л ь з о в а т ь м а т е р и а л ы и и н с т р у м е н т ы д л я
м а к е т и р о в а н и я п р о д у к т а ( и з д е л и я , э л е м е н т а )
И с п о л ь з о в а т ь о с н о в н ы е п р и е м ы м а к е т и р о в а н и я :
т о н и р о в а н и е б у м а г и , в ы ч е р ч и в а н и е и в ы р е з а н и е
р а з в е р т к и , с б о р к а м а к е т а , с к л е й к а м а к е т а

5.

Н е о б х о д и м ы е
у м е н и я
С о з д а в а т ь м о д е л и п р о с т ы х и с л о ж н ы х к о н с т р у к ц и й
п р о д у к т а ( и з д е л и я , э л е м е н т а ) с п о м о щ ь ю м а к е т и р о в а н и я
И с п о л ь з о в а т ь к о м б и н и р о в а н н ы е т е х н и к и д л я д о с т и ж е н и я
х уд о ж е с т в е н н о й ц е л о с т н о с т и м о д е л е й п р о д у к ц и и
( и з д е л и й , э л е м е н т о в )
В ы п о л н я т ь ч е р т е ж и с п р и м е н е н и е м к о м п ь ю т е р н ы х
п р о г р а м м
С о з д а в а т ь ф и з и ч е с к и е м о д е л и п р о д у к т а ( и з д е л и я ,
э л е м е н т а ) и з р а з л и ч н ы х м а т е р и а л о в
Р а б о т а т ь с р а з л и ч н ы м и м а т е р и а л а м и п р и с о з д а н и и
ф и з и ч е с к и х м о д е л е й п р о д у к т а ( и з д е л и я , э л е м е н т а )
Н е о б х о д и м ы е
з н а н и я
П р а в о в ы е о с н о в ы в о б л а с т и п р о м ы ш л е н н о г о д и з а й н а
Н а ц и о н а л ь н ы е и м е ж д у н а р о д н ы е с т а н д а р т ы в о б л а с т и
э р г о н о м и к и
О с н о в ы д и з а й н - а н а л и з а
Е С К Д
А л г о р и т м ы м а р к е т и н г о в ы х и с с л е д о в а н и й в п р о м ы ш л е н н о м
д и з а й н е , м е т о д ы и з а к о н о м е р н о с т и п о я в л е н и я т р е н д о в и
т е н д е н ц и й в п р о м ы ш л е н н о м д и з а й н е
О с н о в ы п с и х о л о г и и п о в е д е н и я ч е л о в е к а
О с н о в н ы е п р и е м ы с о з д а н и я э с к и з о в
О с н о в н ы е п р и е м ы м а к е т и р о в а н и я
В и д ы м а к е т и р о в а н и я
Э т а п ы м а к е т и р о в а н и я

6.

Н е о б х о д и м ы е
з н а н и я
М а т е р и а л ы и и н с т р у м е н т ы д л я с б о р к и м а к е т а
С п о с о б ы с о е д и н е н и я о б ъ е м о в
К о м п о з и ц и о н н ы е з а к о н о м е р н о с т и , к а т е г о р и и , с в о й с т в а
с р е д с т в а к о м п о з и ц и и
Р а з м е р и п р о п о р ц и и в п р о м ы ш л е н н о м д и з а й н е
И с п о л ь з о в а н и е ц в е т а в п р о м ы ш л е н н о м д и з а й н е ,
о с о б е н н о с т и к о л о р и с т и к и
Ф о р м о о б р а з о в а н и е п р о м ы ш л е н н о г о и з д е л и я
Б и о н и ч е с к и е п р и н ц и п ы ф о р м о о б р а з о в а н и я
Э р г о н о м и к а и а н т р о п о м е т р и я ; в л и я н и е к о н с т р у к ц и и н а
ф о р м у
О с н о в н ы е п р и е м ы с о з д а н и я ф и з и ч е с к и х м о д е л е й
Те х н о л о г и и п р о т о т и п и р о в а н и я ( с т е р е о л и т о г р а ф и я ,
о т в е р ж д е н и е н а т в е р д о м о с н о в а н и и , с е л е к т и в н о е
л а з е р н о е с п е к а н и е п о л и м е р н ы х п о р о ш к о в ,
л а м и н и р о в а н и е , м о д е л и р о в а н и е п р и п о м о щ и с к л е й к и ,
м о д е л и р о в а н и е и з д е л и я с п л а в л я е м ы м и ч а с т и ц а м и ,
р а с п ы л е н и е т е р м о п л а с т о в , м н о г о с о п е л ь н о е
м о д е л и р о в а н и е )
О с о б е н н о с т и а д д и т и в н ы х т е х н о л о г и й
С о в р е м е н н ы е т е х н о л о г и и т р е х м е р н о й п е ч а т и
и

7.

1. АДДИТИВНЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ
В МАШИНОСТРОЕНИИ

8.

ВВЕДЕНИЕ
1 . Те х н о л о г и я « т р е х м е р н о й п е ч а т и » п о я в и л а с ь в к о н ц е 8 0 - х г г.
ХХ в. Пионером в этой области являлась компания 3D
Systems, которая разработала первую коммерческую
стереолитографическую машину – SLA – Stereolithography
Apparatus (1986 г).
2. Первые лазерные машины – сначала стереолитографические (SLA-машины), затем порошковые (SLS-машины),
были чрезмерно дороги, выбор модельных материалов –
весьма скромный.
Широкое распространение цифровых технологий в области
проектирования (CAD), моделирования и расчетов (CAE) и
механообработки (CAM) стимулировало взрывной характер
развития технологий 3D-печати.

9.

3. Цифровые 3D-технологии открыли уникальные
возможности вопроизведения сложнейшихпространственных
форм, объектов и инженерных конструкций, механизмов.
В работе было отмечено: «экономическая эффективность 3Dтехнологии в ее качественной безальтернативности,
безотходности и значительном снижении себестоимости при
серийном и массовом производстве.
В то же время 3D-технологии – это тест на
интеллектуальный уровень науки, образования, а также
профессиональной квалификации трудовых ресурсов и
индустриального развития».

10.

Сначала эти технологии назывались «технологиями быстрого
прототипирования» (от английского Rapid Prototyping),
однако термин RP-технологии довольно быстро устарел и в
настоящее время не отражает в полной мере реальной сути
технологии.
Методами «быстрого прототипирования» сейчас
изготавливаются вполне коммерческие, товарные «боевые»
изделия.
4. Аддитивные технологии (от английского Additive
Fabrication) – обобщенное название технологий,
предполагающих изготовление изделия по данным цифровой
модели (или CAD-модели) методом послойного добавления
(add, англ. – добавлять, отсюда и название) ма-териала.

11.

Получение изделия происходит послойно, шаг за шагом путем
формирования (тем или иным способом) слоя материала,
отверждения или фиксации этого слоя в соответствии с
конфигурацией сечения СAD-модели и соединения каждого
последующего слоя с предыдущим (рис. 1).
П о с л о й н ы й с и н т е з п р е д п о л а г а е т
п р о в е д е н и е п о с т р о е н и я в с р е д е
и н е р т н о г о г а з а с о х л а ж д е н и е м
о п р е д е л е н н ы х з о н , с м е с т н о й у с а д к о й
м е т а л л а , с з а х в а т о м м о л е к ул г а з а
о к р у ж а ю щ е й с р е д ы ( а з о т а и л и а р г о н а ) , с
о б р а з о в а н и е м
д е ф е к т о в ,
в ы з в а н н ы х
р а б о т о й л а з е р а ,
н е о д н о р о д - н о с т ь ю м о д е л ь н о г о
м а т е р и а л а и д р .
Р и с .
1 . П р о ц е с с
л а з е р н о г о
п о с л о й н о г о
с п л а в л е н и я

12.

Модельные (строительные) материалы могут быть жидкими
(фотополимерные смолы, воски и др.), сыпучими (пески,
порошковые полимеры, металлопорошковые композиции), в
виде тонких листов (полимерные пленки, листы бумаги и др.),
а также в виде полимерной нити или металлической
проволоки, расплавляемой непосредственно перед
формированием слоя построения.
П р и
и с п о л ь з о в а н и и
A F - т е х н о л о г и й
в с е
с т а д и и
р е а л и з а ц и и
п р о е к т а
о т
и д е и
д о
м а т е р и а л и з а ц и и
( в
л ю б о м
в и д е
–
в
п р о м е ж у т о ч н о м и л и в в и д е г о т о в о й п р о д у к ц и и ) н а х о д я т с я в
« д р у ж е с т в е н н о й »
т е х н о л о г и ч е с к о й
с р е д е ,
в
е д и н о й
т е х н о л о г и ч е с к о й ц е п и , гд е к а ж д а я т е х н о л о г и ч е с к а я о п е р а ц и я
т а к ж е
в ы п о л н я е т с я
в
ц и ф р о в о й
C A D / C A M / C A E - с и с т е м е .
П р а к т и ч е с к и
э т о
о з н а ч а е т
р е а л ь н ы й
п е р е х о д
к
« б е з б у м а ж н ы м » т е х н о л о г и я м , к о гд а д л я и з г о т о в л е н и я д е т а л и
т р а д и ц и о н н о й б у м а ж н о й ч е р т е ж н о й д о к у м е н т а ц и и в п р и н ц и п е
н е т р е б у е т с я .

13.

Суть Additive Fabrication (AF) может быть
проиллюстрирована простым примером: CAD-модель → AFмашина → деталь (рис. 2).
Р и с .
2 .
П р о ц е с с
A d d i t i v e
F a b r i c a t i o n

14.

Аддитивные технологии охватывают все новые сферы
деятельности человека. Дизайнеры, архитекторы, археологи,
палеонтологи и представители других профессий используют
3D-принтеры для реализации различных идей и проектов
(рис. 3-6). Активно создаются роботизированные комплексы
для «печати» быстротвердеющими бетонными смесями.
Особое внимание уделяется развитию технологий DMF –
Direct Metal Fabrication – непосредственного
выращивания из металла. Эту технологию рассматривают в
качестве одной из стратегических технологий для освоения в
первую очередь в аэрокосмической и оборонной отраслях.

15.

Все многообразие аддитивных технологий базируется на
автоматическом преобразовании электронных CAD-проектов в
твердотельные физические формы с помощью специальных
цифровых фабрикаторов – фабберов (faber от англ. слова
«fabrication»), история появления которых насчитывает
несколько столетий. Впервые идея автоматизированного
изготовления трехмерного твердого тела была реализована в
XVIII в. для копирования медальонов. Автор работ считает,
что «по прошествии трех-четырех десятков лет человечеству
все же удастся воплотить в жизнь немыслимое, реализовав в
условиях дома непосредственное производство необходимых
предметов по моделям физических объектов, загруженных из
глобальной сети».

16.

Р и с . 3 . М у з ы к а л ь н ы й
и н с т р у м е н т и з
а л ю м и д н а п о л н е н н о г о
п о л и а м и д а
п р о ф е с с о р а D i e g e l
( M a s s e y U n i v e r s i t y,
A u c k l a n d , N e w
Z e a l a n d )
Р и с .
4 .
П р и н т е р
и т а л ь я н с к о г о и н ж е н е р а E n r i c o
D i n i д л я « п е ч а т и »
ф р а г м е н т о в з д а н и й ( т е х н о л о г и я I n k j e t ) .
С т р о и т е л ь н ы й м а т е р и а л – п е с о к
и н е о р г а н и ч е с к о е с в я з у ю щ е е

17.

Р и с . 5 . Р а з р а б о т к а п р и н т е р а
э к с т р у з и о н н о г о т и п а д л я п р и м е н е н и я
в с т р о и т е л ь с т в е ( L o u g h b o r o u g h
U n i v e r s i t y, В е л и к о б р и т а н и я )
Р и с . 6 . П р о е к т п р о ф е с с о р а B e h r o k h
K h o s h n e v i s ( У н и в е р с и т е т Ю ж н о й
К а л и ф о р н и и ) . Р а з р а б о т к а т е х н о л о г и и
« п е ч а т и д о м а » м е н е е ч е м з а 2 0 ч а с .

18.

2. ТЕРМИНОЛОГИЯ
И
КЛАССИФИКАЦИЯ

19.

Вопрос терминологии рассматривался в рамках
деятельностиорганизации ASTM International (American
S o c i e t y f o r Te s t i n g a n d M a t e r i a l s ) , з а н и м а ю щ е й с я
разработкой технических стандартов для широкого спектра
материалов, изделий, систем и услуг.
В стандарте ASTM F2792.1549323-1 аддитивные технологии
определены как «process of joining materials to make
objects from 3D model data, usually layer upon layer,
as opposed to subtractive manufacturing
technologies»(«процесс объединения материалов с целью
создания объекта из данных 3D-модели, как правило, слой
за слоем, в отличие от «вычитающих» производственных
технологий»).

20.

Под «вычитающими» технологиями подразумевается
механообработка – удаление («вычитание») материала из
массива заготовки.
Та к и м о б р а з о м , с о о б ще с т в о а м е р и к а н с к и х и н же н е р о в
прибегло к понятию (subtractive) «вычитание», чтобы
определить новое понятие (additive) «добавление», т.е. в
самом определении «аддитивные технологии» трактуются
как противоположность технологиям механообработки. Но не
всякие технологии соединения материала, а только те,
которые создают объект по данным 3D-модели или из CADданных, т.е. на основе трехмерной компьютерной модели.
Это второе ключевое слово – CAD.
Тр е т ь е к л ю ч е в о е с л о в о зде с ь
–
«послойно».

21.

Рекомендованы два основных термина:
1. Additive Fabrication (AF)
2. Additive Manufacturing (AM), а также их синонимы additive processes, additive techniques, additive layer
manufacturing, layer manufacturing и freeform fabrication.
Все они могут быть переведены как «аддитивные технологии»,
их также можно называть технологиями послойного синтеза.
В
и н т е р н е т - с о о б щ е с т в е ,
п о п ул я р н о й н а у ч н о - т е х н и ч е с к о й л и т е р а т у р е и
р а з г о в о р н о й р е ч и п р о ф е с с и о н а л о в
в с т р е ч а ю т с я
с о ч е т а н и я
с л о в « 3 D - п е ч а т ь » , « 3 D - п р и н т е р » и л и « 3 D - п р и н т и н г » , к о т о р ы е
т а к ж е
м о ж н о п р и н я т ь в к а ч е с т в е с и н о н и м о в .
Те р м и н
R a p i d P r o t o t y p i n g ,
и л и
Б ы с т р о е п р о т о т и п и р о в а н и е ,
р е к о м е н д о в а н о и з ъ я т ь и з о б р а щ е н и я , п о с к о л ь к у п р о т о т и п и р о в а н и е – э т о
л и ш ь ч а с т ь а д д и т и в н ы х т е х н о л о г и й , у ж е д а л е к о н е д о м и н и р у ю щ а я .

22.

В международном сообществе, так же, как и в России,
устоявшейся классификации аддитивных технологий пока не
принято. Различные авторы подразделяют их:
- по применяемым строительным (модельным)
материалам (жидкие, сыпучие, полимерные,
металлопорошковые и т.д.);
- по наличию или отсутствию лазера;
- по методам подвода энергии для фиксации слоя
построения (с помощью теплового воздействия, облучения
ультрафиолетовым или видимым светом, посредством
связующего состава и т.д.);
- по методам формирования слоя.
По методам формирования слоя различают два вида
аддитивных технологий: Bed Deposition и Direct Deposition.

23.

Bed Deposition
П р и и с п о л ь з о в а н и и т е х н о л о г и и
B e d
D e p o s i t i o n
( р и с . 7 ) с н а ч а л а
ф о р м и р у ю т с л о й , н а п р и м е р ,
н а с ы п а ю т н а р а б о ч у ю п л а т ф о р м у
д о з у п о р о ш к о в о г о м а т е р и а л а и
р а з р а в н и в а ю т п о р о ш о к с п о м о щ ь ю
р о л и к а и л и « н о ж а » , ф о р м и р у я
р о в н ы й с л о й м а т е р и а л а
о п р е д е л е н н о й т о л щ и н ы . З а т е м
в ы б о р о ч н о ( с е л е к т и в н о )
о б р а б а т ы в а ю т п о р о ш о к в
с ф о р м и р о в а н н о м с л о е л а з е р о м и л и
и н ы м с п о с о б о м , с к р е п л я я ч а с т и ч к и
п о р о ш к а ( с п л а в л я я и л и с к л е и в а я ) в
с о о т в е т с т в и и с т е к у щ и м с е ч е н и е м
и с х о д н о й C A D - м о д е л и . Э т а
т е х н о л о г и я , н а з ы в а е м а я в
а н гл о я з ы ч н о й т р а д и ц и и « B e d
D e p o s i t i o n » . Э т о й т е х н о л о г и и
д о с т а т о ч н о т о ч н о с о о т в е т с т в у е т
т е р м и н « с е л е к т и в н ы й с и н т е з » и л и
« с е л е к т и в н о е л а з е р н о е с п е к а н и е »
( S L S
–
S e l e c t i v e
L a s e r
S i n t e r i n g ) .
Р и с .
7 .
B e d
D e p o s i t i o n

24.

Bed Deposition
К р о м е
S L S и
S L A - т е х н о л о г и й , к п е р в о м у в и д у ( B e d
D e p o s i t i o n )
а д д и т и в н ы х т е х н о л о г и й о т н о с я т т а к и е и з в е с т н ы е т е х н о л о г и и к а к :
S L M –
S e l e c t i v e L a s e r M e l t i n g
( к о м п а н и я
S L M S o l u t i o n s ,
Ге р м а н и я ) ;
D M L S - D i r e c t m e t a l l a s e r s i n t e r i n g ( к о м п а н и я E O S , Ге р м а н и я ) ;
E B M – E l e c t r o n B e a m M e l t i n g ( к о м п а н и я A r c a m , Ш в е ц и я ) ;
L a s e r C u s i n g ( к о м п а н и я C o n c e p t L a s e r, Ге р м а н и я ) ;
S P L S
S o l i d P h a s e L a s e r S i n t e r i n g
( к о м п а н и я
P h e n i x S y s t e m s ,
Ф р а н ц и я ) ;
I n k - J e t
и л и
B i n d e r j e t t i n g
( к о м п а н и и
E x O n e ,
3 D S y s t e m s ,
С Ш А )
и д р .

25.

Direct
Deposition
В т е х н о л о г и и
D i r e c t
D e p o s i t i o n
м а т е р и а л п о д а е т с я н е п о с р е д с т в е н н о
в
м е с т о
п о д в е д е н и я
э н е р г и и
и
п о с т р о е н и я
в д а н н ы й м о м е н т ф р а г м е н т а
д е т а л и . D i r e c t D e p o s i t i o n м о ж н о п е р е в е с т и к а к « п р я м о е и л и
н е п о с р е д с т в е н н о е о с а ж д е н и е »
м а т е р и а л а , т. е .
о с а ж д е н и е
в
к о н к р е т н у ю
т о ч к у ( р и с . 8 ) .
Р и с . 8 . D i r e c t D e p o s i t i o n
( и с т о ч н и к w w w. i p m d . n e t )

26.

Direct
Deposition
К о в т о р о м у в и д у ( D i r e c t D e p o s i t i o n ) о т н о с я т т е х н о л о г и и :
D M D - D i r e c t M e t a l D e p o s i t i o n ( к о м п а н и я P O M , С Ш А ) ;
L E N S - L a s e r E n g i n e e r e d N e t S h a p e ( к о м п а н и я O p t o m e c , С Ш А ) ;
D M - D i r e c t M a n u f a c t u r i n g ( к о м п а н и я S c i a k y, С Ш А ) ,
M J S
M u l t i p h a s e J e t S o l i d i f i c a t i o n
( к о м п а н и и
F r a u n h o f e r I FA M ,
Ге р м а н и я ; F D M , С Ш А ) и д р .
П о
к л а с с и ф и к а ц и и
A S T M
в в е р с и и
2 0 1 2 г. а д д и т и в н ы е т е х н о л о г и и
р а з д е л е н ы н а 7 к а т е г о р и й :
1 . M a t e r i a l E x t r u s i o n – « в ы д а в л и в а н и е м а т е р и а л а » ;
2 .
M a t e r i a l
J e t t i n g
–
« р а з б р ы з г и в а н и е м а т е р и а л а » ,
« с т р у й н ы е
т е х н о л о г и и » ;
3 . B i n d e r J e t t i n g – « р а з б р ы з г и в а н и е с в я з у ю щ е г о » ;
4 . S h e e t L a m i n a t i o n – « с о е д и н е н и е л и с т о в ы х м а т е р и а л о в » ;
5 . Va t P h o t o p o l y m e r i z a t i o n – « ф о т о п о л и м е р и з а ц и я в в а н н е » ;
6 .
P o w d e r
B e d
F u s i o n
–
« р а с п л а в л е н и е м а т е р и а л а в з а р а н е е
с ф о р м и р о в а н н о м с л о е » ;
7 .
D i r e c t e d
e n e r g y
d e p o s i t i o n
–
« п р я м о й п о д в о д э н е р г и и
н е п о с р е д с т в е н н о в м е с т о п о с т р о е н и я » .

27.

1категория. Material extrusion – относится, технология
MJS, в соответствии с которой в место построения модели
через подогреваемый экструдер выдавливается пастообразный
строительный материал.
Примером технологии 2 категория Material Jetting может
быть технология Polyjet. В технической литературе эту
технологию иногда называют как Multi Jetting Material.
3 категория. Binder Jetting относятся струйные технологии
или Ink-Jet-технологии, в которых в отличие от технологии
Material jetting в зону построения впрыскивается не
модельный материал, а связующий реагент (например,
технология ExOne).

28.

4 категория. К Sheet Lamination относят технологии,
использующие в качестве строительного листовой материал в
виде полимерной пленки, металлической фольги, листов
бумаги и т.д.
П р и м е р о м м о ж е т б ы т ь т е х н о л о г и я
U A M
( U l t r a s o n i c
a d d i t i v e
m a n u f a c t u r i n g ,
F a b r i s o n i c ) , с у щ н о с т ь к о т о р о й з а к л ю ч а е т с я в т о м , ч т о
т о н к и е м е т а л л и ч е с к и е п л а с т и н ы с в а р и в а ю т с п о м о щ ь ю ул ьт р а з в у к а и з а т е м
« л и ш н и й » м е т а л л уд а л я ю т ф р е з е р о в а н и е м
( р и с .
9 ) .
Э т а т е х н о л о г и я
п р е д с т а в л я е т с о б о й с о ч е т а н и е а д д и т и в н о й и « в ы ч и т а ю щ е й » т е х н о л о г и и .
Р и с .
9 .
U A M - т е х н о л о г и я .
И с т о ч н и к
w w w. f a b r i s o n i c . c o m

29.

5 категория. К Vat Photopolymerization относят технологии,
использующие жидкие модельные материалы –
фотополимерные смолы, например SLA-технология (3D
Systems) и DLP-технология (Digital Light Procession,
Envisiontec).
6 категория. Powder Bed Fusion входит группа SLSтехнологий, в которых в качестве источника тепла
применяется лазер. Это такие технологии, как Arcam
технология, использующая электронный луч, и
технология SHS (Selective Heat Sintering (Blueprinter), в
которой источником тепла являются ТЭНы.
7 категория. Directed energy deposition входят технологии,
согласно которым строительный материал и энергия для его
сплавления подводятся одновременно к месту построения
изделия.

30.

Критерии оценки
В ы б о р
A F - т е х н о л о г и й
о с у щ е с т в л я ю т и с х о д я и з о ц е н к и с л е д у ю щ и х
к р и т е р и е в :
- с т о и м о с т ь п р и о б р е т е н и я ;
- п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь ;
- к а ч е с т в о п о в е р х н о с т и м о д е л и ;
- с т е п е н ь д е т а л и з а ц и и ( с п о с о б н о с т ь п о с т р о и т ь м е л к и е ф р а г м е н - т ы ) ;
- т о ч н о с т ь п о с т р о е н и я ;
- т р уд о е м к о с т ь п о с т - о б р а б о т к и ;
- с т а б и л ь н о с т ь м о д е л ь н о г о м а т е р и а л а ;
- с р о к с л у ж б ы м а ш и н ы д о з а м е н ы о с н о в н ы х у з л о в ;
- с т о и м о с т ь м о д е л ь н ы х м а т е р и а л о в ;
- с т о и м о с т ь т е к у щ е г о т е х н и ч е с к о г о о б с л у ж и в а н и я м а ш и н ы ;
- с т о и м о с т ь с е р в и с н о г о к о н т р а к т а ( в п о с т - г а р а н т и й н ы й п е р и о д ) ;
- н а д е ж н о с т ь
и д о л г о в е ч н о с т ь м а ш и н ы ; в р е м я ж и з н и о с н о в н ы х у з л о в
д о з а м е н ы и л и к а п р е м о н т а ;
- т р е б у е м а я к в а л и ф и к а ц и я и , с о о т в е т с т в е н н о , с т о и м о с т ь
о б с л у ж и в а ю щ е г о п е р с о н а л а , а т а к ж е
т р е б у е м а я п л о щ а д ь и н с т а л л я ц и и и
и н ж е н е р н а я и н ф р а с т р у к т у р а .

31.

3. ИСТОРИЧЕСКИЕ
ПРЕДПОСЫЛКИ
ПОЯВЛЕНИЯ
АДДИТИВНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ

32.

1 ИСТОРИЯ
Аддитивные технологии (AF — Additive Fabrication), или
технологии послойного синтеза, — одно из наиболее
динамично развивающихся направлений "цифрового"
производства.
AF — Additive Fabrication (или AM-Additive Manufacturing),
принятая в англоязычной технической лексике аббревиатура
словосочетания, означающего изготовление изделия путем
"добавления" (additive) материала, в отличие от
традиционных технологий
механообработки, в основе которых лежит принцип
"вычитания" ("лишнего") материала из заготовки.
С у т ь A F - т е х н о л о г и й
с о с т о и т в п о с л о й н о м ( с и н т е з е )
и з д е л и й
–
м о д е л е й ,
ф о р м ,
м а с т е р - м о д е л е й
и
т а к
д а л е е
п у т е м
ф и к с а ц и и
с л о е в
м о д е л ь н о г о
м а т е р и а л а
и
и х
п о с л е д о в а т е л ь н о г о
с о е д и н е н и я
м е ж д у
с о б о й
р а з л и ч н ы м и
с п о с о б а м и : с п е к а н и е м , с п л а в л е н и е м , с к л е и в а н и е м , п о л и м е р и з а ц и е й
в
з а в и с и м о с т и о т н ю а н с о в к о н к р е т н о й т е х н о л о г и и .
И н а ч е г о в о р я , а д д и т и в н ы е
т е х н о л о г и и
п р е д п о л а г а ю т
ф о р м и р о в а н и е
д е т а л и
п у т е м
п о с л е д о в а т е л ь н о г о
" н а р а щ и в а н и я "
м а т е р и а л а
с л о й
з а
с л о е м .

33.

1 ИСТОРИЯ
Они позволяют на порядок ускорить научноисследовательские разработки и изготовление опытных
образцов, а в некоторых случаях — и производить готовую
продукцию, когда нужна высокая точность деталей и/или
важно уменьшить вес изделия. Кроме
очевидных преимуществ в скорости и, зачастую, в стоимости
изготовления изделий, эти технологии имеют важное
достоинство с точки зрения охраны окружающей среды и, в
частности, эмиссии парниковых газов и «теплового»
загрязнения. Аддитивные технологии имеют огромный
потенциал в деле снижения энергетических затрат на
создание самых разнообразных видов продукции.

34.

1 ТЕХНОЛОГИЯ
Предшественниками современных AF-технологий считают
две оригинальные технологии, появившиеся в XIX в.
В 1890 г. Josef E. Blanther предложил способ изготовления
топографических макетов – 3-х мерных карт поверхности
местности.
С у т ь м е т о д а з а к л ю ч а л а с ь в с л е д у ю щ е м : и з т о н к и х в о с к о в ы х п л а с т и н п о
к о н т у р н ы м л и н и я м т о п о г р а ф и ч е с к о й к а р т ы в ы р е з а л и с ь
ф р а г м е н т ы ,
с о о т в е т с т в у ю щ и е в о о б р а ж а е м о м у г о р и з о н т а л ь н о м у с е ч е н и ю о б ъ е к т а , з а т е м
э т и п л а с т и н ы у к л а д ы в а л и с ь
д р у г н а д р у г а в о п р е д е л е н н о м п о р я д к е и
с к л е и в а л и с ь . П о л у ч а л с я
« п о с л о й н ы й с и н т е з » х о л м а и л и о в р а г а . П о с л е э т о г о
п о в е р х п о л у ч е н н ы х ф и г у р н а к л а д ы в а л и б у м а г у и ф о р м и р о в а л и м а к е т
о тд е л ь н о г о э л е м е н т а л а н д ш а ф т а , к о т о р ы й
з а т е м у ж е в « б у м а ж н о м » в и д е
р а с п о л а г а л и в с о о т в е т с т в и и с и с х о д н о й к а р т о й ( р и с . 1 0 ) .

35.

П р а к т и ч е с к о е п р и м е н е н и е
э т а и д е я н а ш л а в
L O M т е х н о л о г и и
– L a m i n a t i o n
O b j e c t
M a n u f a c t u r i n g
–
п о с л о й н о м
л а м и н и р о в а н и и
и л и с к л е и в а н и и
т о н к и х
л и с т о в ы х м а т е р и а л о в ,
т о л щ и н а л и с т о в п р и э т о м
с о с т а в л я е т 0 , 0 5 1 - 0 , 2 5 м м
[ 9 8 ] .
В 1 9 7 9 г. п р о ф е с с о р
N a k a g a w a
и з То к и й с к о г о
у н и в е р с и т е т а п р е д л о ж и л
и с п о л ь з о в а т ь э т у т е х н о л о г и ю
д л я б ы с т р о г о и з г о т о в л е н и я
п р е с с - ф о р м , в ч а с т н о с т и , с о
с л о ж н о й г е о м е т р и е й
о х л а ж д а ю щ и х к а н а л о в .
Р и с . 1 0 . B l a n t h e r J . E .
П а т е н т С Ш А 4 7 3 9 0 1 , в ы д а н
0 3 . 0 5 . 1 8 9 2 г.

36.

2 ТЕХНОЛОГИЯ –
фотоскульптура
(Photosculpture) была
предложена французом
François Willème в 1890 г.
( р и с .
1 1 ) .
С у т ь е е с о с т о я л а
в с л е д у ю щ е м :
в о к р у г о б ъ е к т а и л и с у б ъ е к т а
р а с п о л а г а л и
ф о т о к а м е р ы ( W i l l e m e
и с п о л ь з о в а л
2 4 к а м е р ы с ш а г о м 1 5
г р а д у с о в ) и п р о и з в о д и л и
о д н о м о м е н т н о е ф о т о г р а ф и р о в а н и е
н а в с е к а м е р ы .
З а т е м к а ж д о е
и з о б р а ж е н и е п р о е ц и р о в а л и
н а
п о л у п р о з р а ч н ы й э к р а н , и о п е р а т о р с
п о м о щ ь ю п а н т о г р а ф а о б р и с о в ы в а л
к о н т у р . П а н т о г р а ф
б ы л
с в я з а н с
р е ж у щ и м и н с т р у м е н т о м , к о т о р ы й
уд а л я л
м о д е л ь н ы й м а т е р и а л –
гл и н у –
в с о о т в е т с т в и и с п р о ф и л е м
т е к у щ е г о к о н т у р а .
Д л я
у м е н ь ш е н и я
т р уд о е м к о с т и п р о ц е с с а
W i l l e m e
н е м е ц C a r l o
B a e s e
в 1 9 0 4 г.
п р е д л о ж и л и с п о л ь з о в а т ь
ф о т о ч у в с т в и т е л ь н ы й ж е л а т и н .
Р и с . 1 1 . Ф о т о с к ул ь п т у р а п о
т е х н о л о г и и F r a n ç o i s W i l l è m e

37.

В 1935 г. Isao Morioka
предложил способ,
сочетающий в себе
топографию и
фотоскульптуру (рис. 12).
Э т о т с п о с о б п р е д п о л а г а л
и с п о л ь з о в а н и е с т р у к т у р и р о в а н н о г о
с в е т а ( с о ч е т а н и е ч е р н ы х и б е л ы х
п о л о с ) д л я с о з д а н и я
т о п о г р а ф и ч е с к о й « к а р т ы » о б ъ е к т а
–
н а б о р а к о н т у р о в . К о н т у р ы з а т е м
в ы р е з а л и с ь и з л и с т о в о г о
м а т е р и а л а , у к л а д ы в а л и с ь в
о п р е д е л е н н о м п о р я д к е и т а к и м
о б р а з о м ф о р м и р о в а л с я т р е х м е р н ы й
о б р а з о б ъ е к т а . И л и ж е , к а к и у
F r a n ç o i s W i l l è m e ,
к о н т у р ы м о гл и
б ы т ь с п р о е ц и р о в а н ы н а э к р а н д л я
д а л ь н е й ш е г о с о з д а н и я
т р е х м е р н о г о о б р а з а с п о м о щ ь ю
р е ж у щ е г о и н с т р у м е н т а .
Р и с . 1 2 . P r o c e s s f o r m a n u f a c t u r i n g
r e l i e f b y t h e a i d o f p h o t o g r a p h y.
П а т. С Ш А 2 0 1 5 4 5 7
a

38.

Первым приближением к
стереолитографии в современном
понимании стала идея Otto Munz
(1956 г.), который предложил способ
с е л е к т и в н о й ( п о с л о й н о й ) э к с п о з и ц и и
п р о з р а ч н о й ф о т о э м ул ь с и и . Н а э т о т с л о й
п р о е ц и р о в а л с я к о н т у р ( с е ч е н и е ) о б ъ е к т а .
В к а ч е с т в е п л а т ф о р м ы , н а к о т о р о й
п р о и з в о д и л а с ь э к с п о з и ц и я , и с п о л ь з о в а л с я
п о р ш е н ь , у с т а н о в л е н н ы й в ц и л и н д р е с
в о з м о ж н о с т ь ю п е р е м е щ е н и я .
Ф и к с и р у ю щ и й с о с т а в н а н о с и л с я н а в е с ь
с л о й
–
и н а з а с в е ч е н н ы е у ч а с т к и , и н а н е
з а с в е ч е н н ы е , в
р е з ул ьт а т е в н у т р и
з а т в е р д е в ш е г о п р о з р а ч н о г о м а т е р и а л а ,
с ф о р м и р о в а н н о г о
в в и д е ц и л и н д р а ,
о к а з ы в а л с я з а к л ю ч е н н ы м о б р а з
т р е х м е р н о г о о б ъ е к т а
( р и с .
1 3 ) . Н а п а т е н т
( П а т. С Ш А №
2 7 7 5 7 5 8 ) O t t o M u n z , к а к н а
п р е д ш е с т в е н н и к а
с о в р е м е н н о й
с т е р е о л и т о г р а ф и и , с с ы л а ю т с я п р а к т и ч е с к и
в с е а в т о р ы н о в ы х
и з о б р е т е н и й в о б л а с т и а д д и т и в н ы х
т е х н о л о г и й .
Р и с . 1 3 . O t t o J o h n M u n z , P h o t o G l y p h r e c o r d i n g , П а т. С Ш А №
2 7 7 5 7 5 8 , в ы д а н 2 5 . 1 2 . 1 9 5 6 г.

39.

В
1977 г. Wyn Kelly Swainson
(Пат.
США № 4041476)
п р е д л о ж и л с п о с о б п о л у ч е н и я т р е х м е р н ы х о б ъ е к т о в п о с р е д с т в о м
о т в е р ж д е н и я ф о т о ч у в с т в и т е л ь н о г о п о л и м е р а в т о ч к е п е р е с е ч е н и я д в у х
л а з е р н ы х л у ч е й . П р и м е р н о в э т о ж е в р е м я н а ч и н а ю т п о я в л я т ь с я т е х н о л о г и и
п о с л о й н о г о с и н т е з а и з п о р о ш к о в ы х м а т е р и а л о в ( P. A . C i r a u d , 1 9 7 2 ) .
В
1981
г.
R . F.
Housholder
(Пат.
США №
4247508)
п р е д л о ж и л
с п о с о б ф о р м и р о в а н и я т о н к о г о с л о я п о р о ш к о в о г о м а т е р и а л а п у т е м н а н е с е н и я
е г о н а п л о с к у ю п л а т ф о р м у. Д а л е е п р о и з в о д и л о с ь р а з р а в н и в а н и е д о
о п р е д е л е н н о й в е л и ч и н ы с п о с л е д у ю щ и м с п е к а н и е м с л о я .
В том же году Hideo Kodama опубликовал результаты работы
с первых функциональных систем фотополимеризации с
помощью ультрафиолетовой (УФ) лампы и лазера. В 1982 г.
была опубликована
работа A.J. Herbert по созданию трехмерных моделей с
помощью X-Y-плоттера, УФ-лампы и системы зеркал (рис. 14).

40.

Процесс патентования новых технических решений по AFтехнологиям приобрел лавинообразный характер. В 1986 г.
C h a r l e s W. H u l l п р е д л о ж и л с п о с о б п о с л о й н о г о с и н т е з а п о с р е д с т в о м
ул ьт р а ф и о л е т о в о г о и з л у ч е н и я , с ф о к у с и р о в а н н о г о н а т о н к и й с л о й
ф о т о п о л и м е р н о й с м о л ы . О н ж е и в в е л в о б о р о т т е р м и н « с т е р е о л и т о г р а ф и я » .
C h a r l e s W. H u l l с т а л о с н о в а т е л е м ф и р м ы 3 D S y s t e m s – к о м п а н и и , п е р в о й
п р и с т у п и в ш е й к к о м м е р ч е с к о й д е я т е л ь н о с т и в о б л а с т и п о с л о й н о г о с и н т е з а .
С этого момента началась новая эпоха в индустрии
AF-технологий.
Р и с . 1 4 . О б р а з ц ы м о д е л е й и з ф о т о п о л и м е р о в ,
п о л у ч е н н ы е H o u s h o l d e r, K o d a m a и H e r b e r t
–
эпоха

41.

Вопросы к
теме?
1. Дайте определение «Аддитивные технологии»?
2. По методам формирования слоя какие различают два вида
аддитивных технологий?
3. Какой способ в 1890 г. Предложил Josef E. Blanther?
4. Что именно было предложено François Willème в 1890 г. ?

42.

Kind, No 1 The
C h a n g e Wo r l d
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ!