МД (Методология создания твердотельных моделей с использованием технологий аддитивного производства)

Министерство транспорта Российской ФедерацииФедеральное агентство железнодорожного транспортаФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»Кафедра «Вычислительная техника и компьютерная графика»К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬЗаведующий кафедройЮ. В. Пономарчук«____»_____________2017 г.МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХМОДЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙАДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВАВыпускная квалификационная работаВКР.09.04.01.ИВТ.06.00.ИВ-2–ПЗСтудент гр.

ИВ-2М.В. ПузынинаРуководительдоцент, к.т.н.Е.В. ФалееваНормоконтрольдоцент, к.т.н.Е.В. БуняеваХабаровск 2017СОДЕРЖАНИЕВведение .......................................................................................................................................... 31 Современная ситуация в сфере трехмерной печати.................................................................... 81.1 Обзор программ-слайсеров для послойного деления 3D моделей.....................................

91.2 Сравнительный анализ программ-слайсеров ..................................................................... 251.3 Технологии 3D печати .......................................................................................................... 271.4 Результаты сравнительного анализа методов трехмерной печати ................................... 561.5 Расходные материалы для FDM/FFF печати ...................................................................... 581.6 Сравнительный анализ расходных материалов ................................................................. 731.7 Результаты ситуационного анализа ....................................................................................

742 Анализ печати по технологии FDM............................................................................................ 762.1 Типология проблем трехмерной печати по технологии FDM .......................................... 762.2 Проблема статически заданной толщины слоя .................................................................. 772.3 Проблемы заполнения модели ............................................................................................. 792.5 Особенности формирование g-кода ....................................................................................

882.6 Итоги анализа особенностей FDM печати.......................................................................... 953 Проектирование приложения ...................................................................................................... 963.1 Требования, предъявляемые к программному комплексу ................................................

963.2 Требования, предъявляемые к программному коду .......................................................... 973.3 Требования к продукту ......................................................................................................... 983.4 Требования к интерфейсу..................................................................................................... 983.5 Планируемый вид интерфейса ............................................................................................. 993.6 Выбор языка программирования .......................................................................................

1003.7 Используемые для программирования приложения библиотеки .................................. 1023.8 Выбор среды программирования ...................................................................................... 1034 Реализация программы-слайсера .............................................................................................. 1114.1 Концептуальное описание работы приложения .............................................................. 1124.2 Реализация программного кода ......................................................................................... 1174.3 Интерфейс и принципы работы приложения ................................................................... 1224.4 Экономический эффект внедрения программы ............................................................... 130Заключение..................................................................................................................................

131Список использованных источников........................................................................................ 132Приложение А............................................................................................................................. 1362ВВЕДЕНИЕВ промышленном производстве одним из самых затратных, долгих и трудоемкихэтапов разработки продукта является изготовлениепрототиповустройств.В областях, где необходим выпуск объектов небольшого и среднего объема,3D-печать (или аддитивное производство) может помочь закрыть потребность вдорогостоящем производстве прототипов и, следовательно, устранить связанные с этим финансовые, временные и трудозатратные издержки.Благодаря этому, трехмерная печать приобретает все большую популярность.

Более того, в связи с тем, что 3D-печать может изготавливать объектывысокой сложности, объектные компоненты могут быть спроектированы такимобразом, чтобы избежать требований по сборке (для которой тоже могут потребоваться специальные устройства и механизмы) и, таким образом, уменьшитьзатраты производственных ресурсов [35].Современные и перспективные методы трехмерной печати уже сейчас помогают снять существующие ограничения в проектировании конструкций, механизмов и агрегатов авиационной техники.Инженеры, например, давно применяют 3D-печать для быстрого созданиятвердых прототипов из тонкого пластикового наполнителя.

По мере развития,устройства для трехмерной печати становятся все более продвинутыми, и ужена данный момент способны производить широкий класс объектов, от деталеймашин, до частей тела.На данный момент, 3D-печать заявляет о себе, как экономичная технология,способная обеспечить преимущества и с точки зрения экологии. Это касается,во-первых, самого производственного процесса, при котором расходуется до90% стандартного объема материалов, благодаря чему остается в разы меньшеотходов, чем при стандартном производстве прототипов, а во-вторых, отражается на жизненном цикле продукта, созданного с помощью 3D-печати ̶ он по3лучается легче и прочнее, чем изделия, полученные традиционными средствамипроизводства, и в связи с этим оставляет меньший углеродистый след.Помимо этого, 3D-печать имеет большой потенциал в отношении локальноймодели производства, т.е.

такой модели, когда продукты изготавливаются позапросу и в том месте, где они нужны. Считается, что это устранит необходимость в больших складах и неустойчивой логистике.Актуальность темы состоит в необходимости развития технической базытехнологии 3D печати, так как технология является достаточно новой, в томчисле, в отечественной научной сфере, и имеет на данный момент множествонаправлений для дальнейшего расширения и развития, в первую очередь, черезулучшение программной части, что позволит в итоге решить возникающиепроблемы и выведет технологию трехмерной печати на новый, более высокийуровень.На основании вышеизложенного, основными задачами при изучение темыявляются:̶проведение сравнительного анализа существующих на данный моменттехнологий трехмерной печати, физической и программной части технологического процесса 3D-печати;̶ исследование перспективных методик решения проблем с программнойсоставлящей трехмерной печати, в первую очередь при аддитивном производстве по технологии FDM;̶ разработка программного обеспечения для реализации адаптивного подхода к толщине слоя при трехмерной печати, с возможностью выгрузки результатов работы программы в формате, пригодном для 3D-печати.Объектом исследования, в рамках работы, после проведенного сравнительного анализа существующих на рынке программного обеспечения для подготовки трехмерных моделей к 3D-печати и анализа материалов для трехмернойпечати, выбрана методология аддитивного производства по технологии FDM.4Предмет исследования – изучение возможности применения адаптивногоподхода к динамически задаваемой толщине слоя при трехмерной печати.Выбор объекта и предмета исследования обусловлен отсутствием аналоговреализации данного подхода при аддитивном производстве, его практическаязначимость и экономическая эффективность.Апеллируя к объекту и предмету исследования, конечной целью работы является формирование методологии аддитивного производства по технологииFDM, реализующей адаптивный подход к динамически задаваемой толщинеслоя в процессе печати объектов сложной конструкции.Как решение поставленной цели, создано приложение, реализующее данный подход.Результаты научно-исследовательской работы представлялись как на всероссийских, так и на международных конференциях, с публикацией материаловв сборниках трудов, список, который приведен ниже.1.

Обмен данными различных форматов между системами САПР [Текст] /М. В. Пузынина, А. А. Холодилов // Научно-техническому и социально- экономическому развитию Дальнего Востока России - инновации молодых : научноеиздание / ред. А. З. Ткаченко. - Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2016.

– Т. 2. –С. 254.2. Применение технологий аддитивного производства для создания наглядных макетов объектов промышленной и транспортной инфраструктуры / М. В.Пузынина, А. А. Холодилов // Транссиб: на острие реформ: материалы международной научно-практической конференции – Иркутск, Чита: Забайкальскийинститут железнодорожного транспорта – филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессиональногообразования «Иркутский университет путей сообщения», 6-7 октября 2016. –С. 157-164.3. Применение аддитивных технологий при производстве поверхностейсложных форм / М. В. Пузынина, А.