Создание научно-технического задела в области разработки и исследования роботизированных комплексов для реализации аддитивных технологий промышленного назначения

В промышленном производстве изготовление металлических и пластиковых деталей преимущественно выполняется посредством двух технологий – литье и механическая обработка. Во многих случаях эти технологии комбинируются – предварительно отлитая заготовка подвергается механической обработке для получения более точной формы и/или определенного качества поверхности. При этом, обе эти технологии имеют свои особенности и ограничения, в первую очередь связанные со сложностью формы изготавливаемой детали. Так, если внешняя поверхность детали может быть механически обработана с высокой точностью и степенью детализации (вплоть до тысячных долей миллиметра), то создать сколь-нибудь сложную внутреннюю форму детали (например, ячеистые или сотовые структуры, различные ребра жесткости и т.д.) практически невозможно. Это приводит к значительному перерасходу исходного материала, особенно при изготовлении детали фрезерованием из монолитного бруска. Для компенсации указанного недостатка на сегодняшний день по всему миру ведутся активные разработки в области аддитивных технологий – так называемая трехмерная печать различными материалами. Эти технологии формируют итоговое изделие путем последовательного формирования отдельных слоев, аналогичных сечениям детали на различных уровнях, и сплавления слоев между собой. При этом за счет последовательного формирования слоев, текущий печатаемый слой всегда является внешним по отношению к уже созданной части детали и на нем можно сформировать достаточно сложную форму текущего «сечения». В результате, форма и структура внутри детали могут быть в разы сложнее ее внешней формы. При этом количество используемого материала – в разы меньше, чем при изготовлении аналогичной монолитной детали путем литья или механообработки, без снижения прочностных характеристик. Не смотря на то, что наиболее широко известны решения по трех-мерной печати различными пластиковыми материалами (оборудование для такой печати доступно даже для простых граждан для бытового применения), интерес для промышленности представляет изготовление как пластиковых, так и металлических изделий. В частности, за счет перспектив значительного облегчения с сохранением жесткости изделий – для авиакосмической отрасли. Разработки технологий печати металлами также ведутся, однако, такие технологии и оборудование разрабатываются преимущественно за рубежом, обладают высокой стоимостью, невысокими габаритами печатаемого изделия и не всегда доступны на российском рынке. В большинстве случаев для печати пластиковых деталей используется расплавление струны из исходного материала с последующим наплавлением образовавшейся капли в нужном месте изделия. При печати металлом наиболее популярный способ – спекание лазером металлического порошка. При этом габариты изделия получаются весьма незначительными (в среднем – порядка 250*200*200 мм), а время печати – очень большое. Кроме того, большинство технологий трехмерной печати сегодня реализуются на устройствах с кинематическими схемами, обеспечивающими только горизонтальное формирование слоя. Это приводит к необходимости печати поддерживающих элементов при создании нависающих конструкций. Преодолеть данную проблему может помочь применение более сложных механических систем – многоосевых промышленных роботов-манипуляторов. Важной частью предлагаемого проекта является решение проблемы автоматического изменения технологических параметров печати (скорость подачи материала, скорость перемещения печатающей головки и т.д.) при печати объектов различных геометрических форм и из различных материалов. В случае, если наплавление материала осуществляется по прямолинейной траектории, технологические параметры печати могут оставаться неизменными. Однако, в областях, где происходит изменение траектории печати (начало/конец прямой, угол или дуга и т.д.), технологические параметры должны изменяться для обеспечения постоянства качества наплавления материала. При этом, характер зависимостей, описывающих изменение параметров достаточно сложен и может содержать трудно формализуемые параметры. Это приводит к потенциальной необходимости применения интеллектуальных подходов к определению конкретного набора параметров для каждого из случаев.