Технологии быстрого изготовления и прототипирования

В настоящее время прибыльность машиностроительного производства упала во всем мире. Основная причина – бурное индустриальное развитие стран т.н. «третьего мира», в особенности Китая и Индии. Ценовая конкуренция развитых стран с ними невозможна по понятным причинам, поэтому для получения по-прежнему высокой нормы прибыли у них остается единственная возможность – производство уникальной продукции. Только уникальный продукт можно продать не за конкурентную, а за уникальную (монопольную) цену. Уникальность продукции сегодня обеспечивается двумя путями: сегментацией рынка и ускорением разработки и выпуска новых видов продукции. Развитые страны (ЕС, США, Япония и т.д.) хорошо освоили эти возможности. Приемлемую прибыльность машиностроительной отрасли этих стран как раз и обеспечивают путем организации быстрого проектирования и производства выпуска малых партий уникальных или хотя бы в чем-то отличающихся товаров.

Страны СНГ и Восточной Европы пытаются догнать развитые страны, идя по тому же пути. Но можно попытаться не догонять развитые страны, а обогнать их, используя принципиально новые (для машиностроения) технологии. Одной из таких технологий является формирование трехмерных объектов не путем удаления материала (точение, фрезерование) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка), а путем послойного выращивания материала. Эти технологии наиболее известны под общим именем «быстрое прототипирование» (Rapid Prototyping, RP). Иногда их еще называют «технологиями послойного выращивания» или «аддитивными технологиями» (Additive Techniques). При изготовлении по этим технологиям компьютерная модель будущей детали или узла передается в установку для быстрого прототипирования. Далее из порошка или фотополимера формируются тончайшие горизонтальные слои, которые в процессе изготовления автоматически объединяются друг с другом. В результате получается твердая копия исходной компьютерной модели с точностью до толщины слоя.

В настоящее время можно выделить три области использования технологий быстрого прототипирования:

1) изготовление эскизных макетов, дизайнерских или инженерных образцов (прототипов). Изначально это направление и называлось быстрое прототипирование;

2) изготовление либо непосредственно инструмента (технологической оснастки) для традиционных производственных процессов (литья, штамповки), либо промежуточных средств для его производства, используя технологии быстрого прототипирования. Такое направление носит название Rapid Tooling (быстрое изготовление инструмента или «быстрый инструмент»);

3) непосредственное изготовление функциональных деталей, используя технологии быстрого прототипирования. Такой подход к производству носит название Rapid Manufacturing, или «быстрое изготовление».

Два последних направления в последние годы называют также аддитивным производством (Additive Fabrication, AF или Additive Manufacturing, AM).

Косметические прототипы предназначены для оценки внешнего вида и формы (эргономики) новой детали. Они используются для получения первых комментариев от заказчика и оперативной коррекции дизайна изделия. Часто их также используют для оценки реакции потенциальных потребителей.

Инженерные прототипы используются для оценки функциональной пригодности новой разработки. В первую очередь, это оценка сопрягаемости новой детали с ее существующим окружением (в частности, проверка собираемости), а также выполнение тестов на удобство использования, продувка в аэродинамической трубе и т.д.