Конструкторско-технологические решения аддитивного производства корпусных деталей МКА НК

Шульга Александр Сергеевич, заместитель начальника отдела аддитивных технологий РКЦ «Прогресс».

ровании изделия путём добавления материала на основу.

В качестве основной АТ для изготовления корпусной части и конструктивных элементов МКА НК в рамках данного проекта предлагается использовать FDM печать.

FDM (Fused Deposition Modeling) послойная укладка полимера - аддитивная технология, широко используемая для создания трёхмерных моделей как при прототипировании, так и промышленном производстве.

Конструкция печатающей головки при использовании FDM печати 3D принтера представлена на рисунке 1.

При изготовлении изделий, предназначенных для выведения на околоземную орбиту, планируется применять печать высокотемпературным суперконструкционным термопластом PEEK (ПЭЭК - полиэфирэфиркетон) на промышленных 3D принтерах.

Выбор высокотемпературного суперконструкционного термопластичного полимера полиэфирэфиркетон (ПЭЭК, PEEK – лат.) объясняется широким диапазоном температур эксплуатации, высоким уровнем удельных физико-механических свойств, крайне низкой гигроскопичностью, а также высокой стойкостью к радиационному воздействию (см. таблицу 1). Также данный материал обладает высокими триботехническими свойствами, имеющими большое значение при расчете и реализации операции отделения изделия от транспортного пускового контейнера.

При аддитивной переработке данного материала необходимо отметить возможность изготовления сложных пространственных форм, выполнения различной плотности заполнения стенок деталей и заложения уникальных вну-

Рисунок 1 – Печатающая головка FDM 3D принтера

Таблица 1 – Свойства ПЭЭК

№ Свойства полиэфирэфиркетона (ПЭЭК/PEEK) при аддитивной переработке Значения 1 Плотность, кг/м3 1250-1350 2 Прочность при растяжении, МПа 90-100 3 Модуль упругости при растяжении, ГПа до 3,6 4 Температура эксплуатации, 0С от -150 до +270 5 Гигроскопичность, % за более 24 час. 0,1 6 ТКЛР, 1/К (до 1500С) 40-50Х10"6 7 Минимальное газовыделение в вакууме да 8 Химическая стойкость к большинству кислот и пару да 9 Стойкость к р-, у-, рентгеновскому, ИК и УФ излучению высокая тренних полостей. Так же необходимо отметить относительно низкую себестоимость процесса формирования и сжатые сроки изготовления готовых уникальных изделий. Рабочая область печати промышленного высокотемпературного 3D принтера показана на рисунке 2.

В рамках данного процесса разработка конструкторских решений в части корпусных деталей МКА НК проводится исходя из задачи максимального применения при изготовлении уникальных возможностей высокотехнологичного аддитивного производства, а также в обеспечении высокой степени автоматизации (роботизации) процесса серийной сборки изделия.

С учетом возможностей аддитивной печати на промышленных 3D принтерах высокотемпературными термопластичными материалами предлагается максимально снизить количество сборочных корпусных деталей, болтовых, винтовых и клеевых соединений за счет печати монолитного основания аппарата с соответству- ющим количеством подблоков (юнитов). При этом значительно повышается жесткость и раз-меростабильность корпуса изделия, максимально упрощается технологический процесс сборки МКА НК, что в свою очередь способствует увеличению автоматизации (роботизации) данного процесса.

Отработка технологичности печати вновь разрабатываемого корпуса МКА НК проводится в CAM модуле – слайсере для подготовки управляющей программы для 3D принтера «G-code» (см. рисунок 5).

Возможности аддитивного производства позволяют практически без дополнительной механической постобработки изготавливать сложные пространственные формы, применять решения для облегчения конструкции и размещать в корпусе изделия различные элементы аппаратуры: панели солнечных батарей, различные сенсоры, элементы системы связи, дополнительные разъемы и прочее.

Рисунок 2 – Рабочая область печати промышленного 3D принтера

Рисунок 3 – Проект корпуса МКА НК, изготавливаемого с применением аддитивного производства

Рисунок 4 – Расчет прочности корпуса МКА НК в CAЕ модуле

В корпусе вновь разрабатываемого МКА НК при его 3D печати планируется выполнять технологические отверстия для фиксации в них автоматических захватов робота сборщика.

Для установки монтируемой стенки аппарата в его корпусе (рис. 7) выполнено специальное место, имеющее конусный профиль, необходимый для реализации автоматизированной сборки изделия. Крепление монтируемой стенки планируется производить в шести точках, в специально отпечатанных технологических приливах в корпусе аппарата специальными болтами, предназначенными для фиксации в полимерных материалах.

На рис. 8 показаны конструкторские решения в элементах корпуса вновь разрабатываемого аппарата, предназначенные для повышения жесткости изделия и улучшения технологичности его сборки, а также для увеличения полезной нагрузки за счет более рационального использования внутреннего пространства аппарата. Такие решения возможно применять при изготовлении деталей именно методом аддитивного формирования. При правильном проектировании и расположении изготавливаемых деталей при печати, можно практически избежать необходимости постобработки. За счет этого повышается степень автоматизации тех-

Рисунок 5 – Подготовка управляющего кода для печати корпуса МКА НК в CAM модуле

Рисунок 7 – Установка монтируемой стенки аппарата в его корпусе

Рисунок 6 –Технологические отверстия для фиксации автоматических захватов в корпусе аппарата

нологии и, как следствие, снижается цикл производства готовых изделий.

Предлагаемый подход к проектированию и изготовлению корпусных деталей позволяет производить как сплошное заполнение (100%) стенок изделия материалом (см. рисунок 9), так и применять полое заполнение стенок, например, на 50% и менее с целью облегчения конструкции, изменения теплоизоляционных свойств стенок и возможности размещения различных дополнительных элементов (см. рисунок 10).

Таким образом, в результате исследования были разработаны технологические рекомендации, включающие выбор материала, проектно-конструкторских решений для корпусных деталей МКА НК с учетом возможности их изготовления методами аддитивного производства «под ключ».

Практическая значимость результатов работы заключается в применении технологических

Рисунок 8 – Конструктивные решения для увеличения жесткости корпуса изделия с учетом возможностей аддитивного производства

Рисунок 9 – Отработка внутреннего заполнения стенок корпуса МКА НК материалом - 100%

Рисунок 10 – Отработка внутреннего заполнения стенок корпуса МКА НК материалом - 60%

решений для автоматизированного производства и дальнейшей роботизированной сборки МКА НК, позволяющих снизить трудоёмкость, повысить производительность, качество выходной продукции и универсальность использования конструкторско-технологических решений под различные задачи заказчика.

Теоретическая значимость научной деятельности заключается в разработке конструкционных решений МКА НК для автоматизации производства с учетом дальнейшей роботизированной сборки МКА НК с помощью технологии аддитивного производства.