Обращение к сложности с помощью цифровых потоков.

Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!

Справочная информация: Над концепцией конструкции будущего самолета «Double bubble» работает исследовательская группа, возглавляемая Массачусетским технологическим институтом в рамках 18-месячного исследования НАСА, в ходе которого специалисты пытались визуализировать представление о пассажирских самолетах будущего.

Эта модель обладает измененной конструкцией крыльев и очень широким фюзеляжем для обеспечения дополнительного объема перевозки, предназначен для замены самолетов моделей Boeing-737-800. Эта концепция также включает в себя использование композиционных материалов для уменьшения веса конструкции, а так же турбореактивных двухконтурных двигателей с ультра-высоким соотношением расхода топлива, для обеспечения более эффективной тяги. Команда утверждает, что необычная форма самолета Double Bubble позволит создать более просторный салон, по сравнению с моделью Boeing-737, и кроме того, он будет потреблять на 70% меньше топлива.

Модель Double Bubble была среди образцов, представленных в апреле 2010 года в Управлении Миссии Исследования Аэронавтики НАСА. НАСА утверждает, что эта модель может быть введена в эксплуатацию уже к 2030-2035 году.

Онлайн журнал Popular Science дал задание Дону Фоли, профессиональному иллюстратору и журналисту, создать иллюстрации этой концепции самолета для журнала. Вот его рассказ:

Когда журнал Popular Science поручил Дону Фоли проиллюстрировать эту концепцию самолета для журнала, он воспринял ее как возможность продемонстрировать свой самый последний комплекс навыков в 3D-печати. Работы Дона публиковались в Popular Science начиная с 1996 года, и этот случай был первым, когда он предложил 3D-печать в сочетании с его иллюстрациями. Насколько это было известно Дону, до него этого никто еще не делал.

Эта модель будет использоваться дважды для проекта. Один раз для журнальной иллюстрации и один раз для создания файла для 3D-печати. Цель заключалась в том, чтобы создать модель, которая могла бы решить обе эти задачи. Для создания модели, Дон воспользовался навыками 3D-моделирования и системой визуализации и анимации, которую он использует в своей работе - Lightwave 3D. Последняя версия этой программы, 11.6, теперь поддерживает 3D-печать, так что все получилось как нельзя лучше. Дон мог бы использовать любые другие программы для создания модели, многие из которых, подобно приложению Blender, бесплатны. Но Дон начал работу с приложением Lightwave еще в 2004 году и создание 3D-моделей в ней стало его второй натурой. И хотя программа не идеальна для создания моделей для 3D-печати, ее многочисленные достоинства перевешивают минусы, и кроме того, совсем не сложно найти способы обойти сложности, возникающие в ходе использования этого приложения.

При построении модели, Дону пришла идея попробовать найти способ использовать созданные им текстурные карты, для иллюстраций на 3D-печатной версии. Когда он был ребенком, он строил бесчисленные модели самолетов, и большая часть деталей сдавалась при помощи наклеек, которые входили с наборы конструкторов. А мог бы он напечатать свои собственные наклейки? Поиск в Google по запросу «напечатать свои собственные наклейки» показал, что это очень распространенная практика в мире моделирования, и ее применяют для всего, начиная от создания моделей поездов до радио-управляемых машин. Посетив онлайн магазин Amazon он заказал несколько пачек листов прозрачной наклейки, которые прибыли через пару дней.

При печати на 3D-принтере типа FFF (Методом Послойного Наплавления), следует помнить о некоторых особенностях этого вида печати. Самое важное, что нужно знать, это то, что принтер укладывает по одному тонкому слою за раз при помощи того, что можно сравнить с маленьким клеевым пистолетом. Толщина каждого слоя составляет примерно толщину обычного листа бумаги. Когда принтер распечатывает очередной слой, ему необходимо печатать его на что-то, и нужно помнить, что у него не очень то получается печатать в воздухе. И поэтому вам необходимо создавать ваши модели таким образом, чтобы слои распечатывались либо на предыдущие слои самого объекта, либо на специально спроектированные опоры. Большинство 3D-принтеров типа FFF простит вам отклонение до угла 45°.

И поэтому, для создания этого самолета, Дон разделил основной корпус судна на две части, так что бы можно было распечатать корпус вертикально, укладывая слои друг на друга. То же самое он сделал и с крыльями. Чтобы воспользоваться преимуществом того факта, что модель самолета будет разборной, Дон решил выполнить его в стиле «3D-печатной инфографики», и для этой цели он создал ряды сидений, чтобы люди могли видеть, как салон будет выглядеть изнутри.

По завершению работы с 3D-моделью создается STL файл, который экспортируется из Lightwave и открывается в программе для выставления параметров принтера. Дону нравится использовать Simplify 3D, потому что это приложение предоставляет необходимый уровень контроля. Множество переменных позволяют определить качество конечной печати, включая скорость печатающей головки и уровень высоты слоя. Эти переменные и около 80 других можно регулировать в этой программе.

После того, как файл «нарезан» на множество слоев, на основе которых и будет происходить печать объекта, эти данные отправляются на принтер. В случае Дона, он выводит файл в формате.X3G, копирует его на SD-карту и переносит информацию на принтер. Принтер может контролироваться и непосредственно с компьютера, но если компьютер зависнет или выключится или программа случайно закроется, печать прекратится и все будет испорчено. Из-за этого Дону нравится работать с SD-картами.

Чтобы напечатать самолет, Дон использовал свой принтер и пластиковый филамент PLA. Он купил этот принтер и необходимые материалы на Makergeeks.com. Дону очень нравится его Dublicator, потому что, несмотря на очень активное использование, он продолжает создавать объекты очень высокого качества.

Иногда бывает довольно сложно сделать так, чтобы распечатываемые объекты хорошо прикрепились к платформе печати. После многих экспериментов, Дон обнаружил, что клейкая малярная лента, протертая изопропиловым спиртом идеально подходит для этой цели. Эта модель была отпечатана из PLA пластика, созданного на основе кукурузного крахмала. Принтер WanHao Duplicator 4 не подогревает платформу печати, и поддерживает температуру сопла на уровне 205°. Диаметр сопла составляет 0.4 мм, высота слоя - 0,17 мм и скорость печати 3500 мм в минуту. Печать всех деталей самолета на этом принтере занимает около 15 часов.

Следующий шаг - сборка самолета. Чтобы соединить обе секции Дон создал внутренний «рукав» со слегка приподнятыми «бортиками трения» по всему периметру. Это позволит собрать судно без клея и при необходимости, его можно будет легко разобрать.

Дон также создал небольшие вкладыши, которые легко вставляются в крылья, а так же стабилизаторы для правильного расположения их при склеивании. Для склеивания деталей он воспользовался клеем Loctite Super Glue Ultra Control Gel.

Когда со сборкой самолета было покончено, Дон занялся наклейками. Он создал картинки в Adobe Illustrator, а затем экспортировал их в Photoshop, чтобы иметь возможность подогнать их и сохранить в формате PSD, который можно использовать в качестве текстурных карт для 3D-файла в Lightwave, а также для печати на листах наклейки. Все это можно сделать непосредственно в приложении Illustrator, но Дон привык делать это по-другому, и всегда использует Photoshop для обработки изображений и подготовки текстурных карт.

Размеры листов наклеек Testor позволяют использовать их практически на любых струйных принтерах. Дон сделал столько наклеек, что их хватило для двух самолетов, и добавил еще несколько деталей на всякий случай. И поскольку Дону предстоит отправить этот самолет креативному директору журнала Popular Science, для пущего эффекта он добавил имя их компании-учредителя на модель. После распечатки картинок на наклейке, он нанес три слоя лака из баллончика с распылителем, давая каждому слою хорошенько высохнуть перед нанесением следующего. Струйные чернила растворяется в воде, и лак необходим, чтобы «исправить» этот недостаток. После высыхания, нужно вырезать картинки по одной, и бросить их в тазик с водой секунд на 10. Затем картинку нужно промокнуть бумажным полотенцем и аккуратно снять защитный задний слой. Готовую картинку нужно аккуратно приклеить на ее место. Но прежде, чем наклеивать наклейки, необходимо обезжирить модель. Дон обнаружил, что если на модели останутся следы от рук, то наклейка может не приклеится. Поэтому Дон очистил свой самолет изопропиловым спиртом и бумажными полотенцами.

И .STL .

На прошлой неделе в солнечном Сан-Диего (штат Калифорния) эксперты компании Dassault Systemes собрались на ежегодную встречу сообщества экспертов (COE), проводимую во время выставки TechniFair. Среди этих экспертов были пользователи, партнеры и преподаватели по таким решениям Dassault, как платформы CATIA V5 и 3DEXPERIENCE.

Одним из экспертов был Терри Макгоуэн (Terry McGowan), младший технический сотрудник Boeing. На дне открытия COE 2018 он выступил с речью о концепции аддитивного производства (AM) компании Boeing. Ожидания Boeing, связанные с АМ, как и ее флагманский самолет модели 747, взлетают до небес.

«Мы уверены, что эта технология имеет огромный потенциал, – заявил Макгоуэн. – Мы подошли очень близко к технологии, напоминающей репликатор из сериала Star Trek».

Аддитивное производство

Аддитивное производство, AM, (оно же – 3d печать) за последние годы быстро завоевало известность. Эта технология используется в промышленности, в образовании и в академических кругах, а также любителями хобби и создателями новинок. Это не новая технология — ее концепция прослеживается к началу 1980-х годов — но по мере ее развития возникли такие сопутствующие ей технологии, как алгоритмический дизайн, которые и позволили подняться ей до прорывного состояния. Как отметил Макгоуэн в своем выступлении, существует множество причин поддерживать развитие АМ:

• Снижение стоимости деталей : эта технология позволяет использовать унифицированные узлы, снижая количество деталей, и, тем самым, уменьшая затраты.
• Доступность деталей : когда существует возможность напечатать деталь одним нажатием кнопки, то такие понятия, как время доставки и управление складскими запасами уходят в прошлое.
• Улучшение характеристик деталей : полученные на 3d принтерах детали позволяют использовать конструкции, не достижимые при помощи традиционных методов производства, например, облегченных оптимизированных структур.
• Увеличение надежности : снижение массы и количества деталей означает повышение их надежности, и детали, изготовленные на 3d принтерах, могут проектироваться с учетом эргономики.

Но, несмотря на то, насколько далеко продвинулась эта технология, и насколько велик ее потенциал, самой АМ еще предстоит пройти большой путь. Что может служить лучшей проверкой технологии, чем самая надежная, самая требовательная аэрокосмическая отрасль? Уж если можно использовать 3d принтеры для изготовления деталей самолета, то ничто не мешает применять 3d печать для всего остального. Компания Boeing ведет работы по созданию на 3d принтерах деталей, годных для эксплуатации в небе.

«Возьмем, к примеру, переднюю стойку на 787-м, – говорил Макгоуэн. – Для ее производства необходимо смонтировать гидравлические шланги вдоль большого монолитного элемента из титана. В будущем, мы сможем просто напечатать этот монолитный узел уже со всеми функциональными требованиями, встроенными в него, и устраним необходимость в монтаже всех дополнительных шлангов».

Сложность процесса АМ

Для создания стабильно надежных деталей на 3d принтерах, необходимо принимать во внимание значительное число производственных параметров, участвующих в процессе АМ. В своем выступление Макгоуэн назвал некоторые из них:

• Материал : включая тип материала, размер частиц порошка и его чистота.
• Дизайн : включая геометрию, наличие консольных и опорных элементов.
• Компоновка : включая ориентацию деталей, их близость и заполнение пространства сборки.
• Процесс : включая использование энергии, скорость рабочего механизма, инертную атмосферу и более двухсот других параметров.
• Пост-обработка : включая термообработку, горячее изостатическое прессование (HIP), сглаживание стыков и зачистку поверхности.

Помимо этого, инженеры, использующие АМ, должны учитывать остаточные напряжения, рассеивание тепла, отделку поверхности, вертикальную анизотропность, сжатие и микрорасплавы. Контролировать нужно очень много параметров. Технология АМ все еще нуждается в наборе полных, качественных спецификаций всех этих параметров и опций.

Важным элементом для разработки таких спецификаций и снижения сложности АМ, как отметил Макгоуэн, стала информационная технология. В прошлом году Boeing начала широко использовать платформу 3DEXPERIENCE от компании Dassault Systemes. Одной из основных характеристики 3DEXPERIENCE является консолидация данных, а, по мнению Макгоуэна, данные играют важную роль в АМ.

«В прошлом, основным применением информационных технологий было обслуживание организации. Но теперь все изменилось, – сказал он. – В 21-м веке данные позволяют управлять всем. Поток создания ценностей формируется вокруг данных. И это означает, что информационные технологии оказывают связанными со всеми усилиями по структуризации и индустриализации потока создания ценности для АМ».

Обращение к сложности с помощью цифровых потоков

По словам Макгоуэна, обращение Boeing к платформе 3DEXPERIENCE стало важным шагом в развитии потока создании ценности с использованием АМ.

«Какое решение компания Boeing намерена использовать для получения этого промышленного потока создания ценности? – спросил он у аудитории COE. – «Она начинает с 3DEXPERIENCE. Эта новая платформа, предлагаемая компанией Dassault, представляет собой отход от системы, основанной на файлах, и играет значительную роль в совместной работе всех этих инструментов для достижения успеха в развитии промышленного потока создания ценности».

Макгоуэн заявил, что первым шагом компании Boeing в процессе АМ стало применение программного обеспечения EXALEAD компании Dassault Systemes для выявления данных, что позволяет идентифицировать и отобрать детали для АМ. С этого момента уже можно продемонстрировать цифровой поток – так называется интегрированная природа данных, проходящих через все шаги – поддерживающий весь процесс производства детали. В цифровом потоке выделяются следующие шаги:

1. Выбор детали для АМ : идентификация деталей, которые идеально подходят для использования АМ.
2. Создание/импорт модели : Импорт или создание модели детали.
3. Функциональный алгоритмический дизайн : совершенствование дизайна детали для снижения веса и объединения деталей.
4. Подготовка 3d печати : определение поддерживающих структур, ориентации печати и прочих аспектов.
5. Моделирование печати : моделирование процесса 3d печати для прогнозирования деформаций.
6. Компенсация детали : обеспечение компенсаций деформации детали.
7. Распространение пакета печати : создание и надежная доставка пакета печати.

Сертификация в FAA

Хотя впереди еще много работы, но Boeing уже добилась значительно прорыва в АМ. Сегодня на борту самолетов Boeing используются более 50 000 компонентов, изготовленных при помощи 3d принтеров. В прошлом году компании Boeing и Norsk Titanium AS получили первый сертификат Федерального управления гражданской авиации (FAA) на производство на 3d принтере титанового элемента конструкции, который будет устанавливаться на самолетах Boeing 787 Dreamliner.

«Boeing добилась успеха со своей первой деталью конструкции, выполненной из расплава титановой проволоки, — сказал Макгоуэн. — Мы получили сертификат FAA на этот процесс. Но в применении процесса порошкового расплава нам еще предстоит проделать много работы. Мы должны показать, что этот процесс повторяемый. Для получения разрешения от FAA необходимо продемонстрировать им стабильность и повторяемость процесса».

Как известно, спрос рождает предложение, что можно наблюдать и в одной из сфер применения технологии 3D печати – в макетировании. Это искусство, развивающееся в течение поколений, начало постепенно угасать с развитием инновационных технологий. Но благодаря своим преданным поклонникам, начавшим поиски новых способов выполнения любимого дела, макетирование может найти новую жизнь с помощью 3Д-печати. И сегодня мы расскажем об энтузиастах 3D технологий, разработавших потрясающую 3D модель самолета.

Как только люди осознали, в каких целях возможно использовать настольные 3D принтеры, появились также и специальные сервисы, призванные помочь энтузиастам трехмерной печати. Самым банальным примером таких сервисов являются интернет-ресурсы по сбору и распространению различных 3D моделей. По мере популяризации 3D технологий начали развиваться также онлайн-сервисы более узкой специализации, один из которых фигурирует в нашей сегодняшней статье.

Речь идет о чешской компании 3DLabPrint, которая занимается разработкой и продажей высококачественных 3D-моделей самолетов непосредственно для 3D-печати. Все цифровые изделия являются максимально приближенным к оригиналу и часто проектируются на основе оригинальных чертежей летательных аппаратов. Потому можно смело заявить, что продукция 3DLabPrint – настоящая находка для коллекционера исторических макетов, особенно для имеющего в своем арсенале настольный 3D_принтер.

Детальная 3D модель самолета

Каждая деталь самолетов-истребителей 20-го века (именно на них ставят упор разработчики) тщательно и скрупулезно проработана, обеспечивая наилучшее качество готового макета. Мы уже писали о фантастической , которая входит в число работ основателя фирмы, Штепана Докоупила, а сегодня хотим рассказать о новом продукте компании – 3Д-модели самолета Lockheed P-38 Lightning.

Этот американский истребитель времен Второй Мировой Войны представляет большой интерес для коллекционеров и любителей макетирования, коим является и сам Штепан. Он отмечает, что команда потратила разработку этой модели больше времени и сил, чем уходит обычно, виной чему более высокая сложность образца. Самолет полон особенностей конструкции, над качественным перенесением которых в цифровой вид пришлось потрудиться.

К таким деталям относится выдвигающееся и рулевое шасси, закрылки для более эффективного взлета и посадки, а также встроенные боудены для силового руля и элеронов. Помимо этого, в данной 3D модели реализовано несколько улучшений, облегчающих ее печать и монтаж. Все эти факторы объясняют довольно высокую, по сравнению с другими изделиями компании, цену на цифровой файл самолета. Для его приобретения вам понадобится $ 40, в отличие от стандартных $20.

Тем не менее, качество и высокая детализация изделия делают такую сумму вполне оправданной. Как и другие модели компании, Локхид был разработан для настольных 3D-принтеров. Файл в формате STL полностью подготовлен к печати и нуждается лишь в выставлении предварительных настроек в программе-слайсере по типу Cura или Simplify3D. Самолет обещает быть прочным и легким, а структурное армирование крыльев и фюзеляжа гарантирует сохранность его формы.

3D модель самолета: сборка

Для сборки модели не требуется никаких специальных инструментов: все, что вам понадобится это клей. При желании сделать из 3D-печатного прототипа не просто макет, а функциональную модель, потребует приобрести необходимые элементы (такие как двигатель и система радиоуправления) отдельно. А чтобы процесс сборки и 3D-печати не вызвал у вас затруднений, разработчиком предусмотрена инструкция пользователя в формате PDF и подробный видеоролик.

Что касается рекомендаций, производитель советует осуществлять печать с помощью PLA пластика на подогреваемой платформе. Минимальная область построения принтера при этом должна составлять 195х195х150 мм. Оценить полет 3D-печатного самолета вы можете в видео, прикрепленном ниже, а пока подведем итоги.

Авиастроительная компания Airbus представила первый в мире самолет, созданный с помощью технологии 3D-печати. Самолет, получивший название Thor, представляет собой беспилотный летательный аппарат весом 21 кг, длиной чуть менее 4 метров и размахом крыла в 4 метра. На самолете установлены два электрических пропеллера; он также оснащен системой дистанционного управления. Все части самолета, за исключением электрической системы, выполнены с использованием технологии 3D-печати из полиамида в научной лаборатории Airbus в Гамбурге. Производство Thor заняло всего один месяц. Самолет уже выполнил свой первый полет, пролетев около 40 км из Гамбурга до завода Airbus в Штаде.

В общей сложности Airbus планирует произвести несколько десятков таких летательных аппаратов. Они будут использоваться для изучения возможностей 3D-печати в авиастроении, а также отработки инновационных решений, касающихся разных форм планера, крыла и других элементов конструкции. Thor состоит из 50 отдельных частей, сделанных на 3D-принтере, поскольку главной задачей первого этапа проекта было изучение различных вариантов силовой конструкции фюзеляжа. “Проект Thor станет нашей основной испытательной площадкой. Мы хотим понять, насколько технология 3D-печати позволит сократить темпы производства не только отдельных компонентов, но и всех систем самолета. В скором времени мы планируем выпустить такой же самолет, но уже с цельным корпусом, имеющим оптимизированное распределение нагрузки между несущей обшивкой и внутренними ребрами жесткости”, – отметил Питер Сэндлер, вице-президент Airbus по новым технологиям.

3D-печать – инновационная технология, которая является альтернативой полному производственному циклу и заменяет собой сразу несколько производственных процессов. Она позволяет производить более легкие детали (до 55% экономии в весе), сократить время производства, уменьшить количество промышленных отходов (5% против 95% при стандартном цикле), а также делать более сложные компоненты, изготовление которых другим способом невозможно.
Сначала на компьютере создается 3D-макет объекта, далее все данные обрабатываются системой принтера и начинается послойное формирование объекта из порошкового материала путем его плавления и дальнейшего спекания под действием высокоточного светового лазера, оптическая система которого в точности прочерчивает очертания модели в данном сечении. Так слой за слоем происходит наращивание объекта до тех пор, пока он не будет создан полностью. Данная технология позволяет “выращивать” детали не только из полиамида, но и из алюминия, стали и даже титана. Некоторые небольшие детали, такие как кронштейны для багажных полок, сделанные на 3D-принтере, уже летают на

Группа учёных из университета штата Иллинойс высказала теорию изготовления частей самолётов методом 3D-печати, что позволяет сэкономить на выпуске воздушных судов до 5% времени, а также уменьшить стоимость процесса производства самолёта на величину от 4 до 7%. Информация до настоящего времени уже активно обсуждалась авиастроителями из различных стран, причём, первые намерения начать производство подобных воздушных судов были высказаны авиастроительной корпорацией Airbus.

Преимуществ у нового способа производства воздушных средств действительно много. Ввиду того, что непосредственного человеческого контроля при работе 3D-принтеров производиться не будет, снизится себестоимость производства, и если ранее каталожная стоимость самолёта Airbus A350-800 составляла 261 миллиона долларов, то при новой технологии производства, она может снизиться до 244 миллионов долларов, что естественно привлечёт внимание всех авиакомпаний мира. Помимо всего прочего, ввиду того, что 3D-печать выполняется согласно приведённым чертежам, вероятность какой-либо ошибки здесь практически полностью исключается, хотя, в тоже время стоит отметить, что человек в любом случае будет проводить контроль изготавливаемых авиаузлов и компонентов будущих самолётов.

Благодаря тому, что 3D-принтеры исключительно экономно используют материал, а сам процесс не требует наличия такого специфического оборудования как прессы и автоматические кузнечные линии, существенно сократится время производства воздушного судна, позволяя увеличивать объёмы выпуска готовых пассажирских авиалайнеров в течении года.

Необходимо также подчеркнуть и такой важный фактор производства самолётов, как снижения массы воздушных судов, что в свою очередь приводит к экономии топлива, пусть и весьма незначительной, по некоторым оценкам это около 2-3%, но всё же, это также наряду с другими технологиями непременно найдёт удовлетворённость у большинства авиаперевозчиков мира.

Тем не менее, для того, чтобы поставить производство пассажирских самолётов и частей к ним на массовый поток, требуется разработать специальный состав для 3D-принтеров, который бы учитывал все технологические особенности обычных компонентов. В частности, следует учесть такой важнейший фактор как наклёп металла, приводящий к упрочнению структуры составляющих самолёта, чего, к сожалению, на текущий момент технология 3D-печати не поддерживает. Существуют и другие факторы, такие как расположение волокон материала, предел прочности на разрыв и т.п., и только после того, как специальный материал для 3D-принтеров будет подобран, можно будет с уверенность заявить об успешности текущей инновации.