Применение реверс-инжиниринга и аддитивных технологий для получения художественных отливок

Язык труда и переводы:
УДК:
629.331.4: 621.74.045
Дата публикации:
18 мая 2022, 18:29
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Никитин Константин Владимирович
Самарский государственный технический университет
Баринов Антон Юрьевич
Самарский государственный технический университет
Зайцева Варвара Григорьевна
Самарский государственный технический университет
Аннотация:
Представлены результаты получения отливок художественного назначения при реконструкции памятного знака «Воинам-интернационалистам», расположенного в г. Самаре. Памятный знак посвящен студентам Куйбышевского политехнического института, погибшим при выполнении интернационального долга в республике Афганистан. Основными элементами композиции являлись отлитые из бронзы тюльпаны, автомат Калашникова, фляжка, котелок и мемориальная таблица с именами воинов-интернационалистов. С целью сокращения сроков выполнения заказа и снижения стоимости для создания математических моделей тюльпанов, автомата, котелка и фляжки использовали реверс-инжиниринг с применением разработанного комплекса для 3D-сканирования. Выжигаемые модели получали средствами 3D-печати по FDM-технологии.
Ключевые слова:
литье по выжигаемым моделям, ревер-инжиниринг, аддитивные технологии, художественные отливки
Основной текст труда

Основные задачи повышения эффективности литейного производства были поставлены в известной парадигме выдающегося ученого-литейщика Гуляева Б.Б. в конце XX века: «Как получить расплав и отливку заданного качества при минимальных затратах материалов, энергии, труда и минимальном загрязнении среды?»[1]. В настоящее время часть задач из представленной парадигмы наиболее эффективно можно решить за счет применения аддитивных технологий на этапах подготовки литейного производства. Внедрение аддитивных технологий в литейное производство в полной мере соответствует приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития РФ до 2035 г. (п. 20, «а») и Стратегии развития аддитивных технологий в Российской федерации на период до 2030 г., утвержденной  в 2021 г. [2, 3].

Памятный знак был установлен в сквере около одного из учебных корпусов в 1989 г. по инициативе создателя организации воинов-интернационалистов Куйбышевского политехнического института (КПтИ) «Шурави» Виктора Купреева. Основой композиции являлась бутовая глыба, на которой располагалась пластиковая табличка с надписью «Воинам-интернационалистам». По инициативе ректората СамГТУ и при поддержке воинов-афганцев в преддверии 33-й годовщины вывода советских войск из республики Афганистан было принято решение выполнить реконструкцию памятного знака с увековечением имен студентов КПтИ, погибших при выполнении интернационального долга. При этом бутовая глыба должна была остаться, как основа композиции. По архивным данным было установлено, что при выполнении интернационального долга в Афганистане погибло четыре студента КПтИ. Было принято решение, что памятный знак должен быть реконструирован за счет сбора народных средств.

Основную идею композиции разработал ведущий инженер Центра литейных технологий (ЦЛТ) Самарского Политеха, член-корреспондент Российской академии художеств Алексей Князев. Основными элементами композиции стали 4 тюльпана, автомат Калашникова, фляжка, котелок и мемориальная таблица с именами воинов-интернационалистов.

С целью придания высокой степени достоверности и детализации отливки тюльпанов, автомата, котелка и фляжки решили получать литьем по выжигаемым моделям. В связи с короткими сроками выполнения реконструкции было принято решение о применении цифровых технологий на этапе подготовки литейного производства. Для получения математических моделей перечисленных элементов композиции выполнили 3D-сканирование с помощью ручного 3D-сканера на базе технологии Intel Realsense. С учетом размеров бутовой глыбы и того, что памятный знак располагается на улице, математические модели были увеличены по отношению к реальным объектам с коэффициентом 1,2. Для того, чтобы литые объекты плотно прилегали к поверхностям и надежности крепления выполнили 3D-сканирование бутовой глыбы в полевых условиях с помощью разработанного мобильного комплекса для сканирования крупногабаритных объектов. В результате получили подробный математический рельеф основы композиции. После этого выполнили совмещение математических элементов композиции и рельефа глыбы, обеспечив плотное прилегание поверхностей контакта. В связи с большими габаритами автомата выполнили разделение его математической модели на составные части с целью повышения технологичности изготовления выжигаемых моделей и огнеупорных керамических форм. Для снижения металлоемкости математические модели элементов композиции были выполнены пустотелыми. После создания управляющих программ приступили к печати выжигаемых моделей. Печать осуществляли в лаборатории реверс-инжиниринга и аддитивных технологий ЦЛТ на 3D-принтерах «Designer XL» (ООО «ПИКАСО 3Д», РФ, г. Зеленодольск) по FDM-технологии из филамента на основе полилактида (PLA). Огнеупорные керамические формы (ОКФ) были изготовлены с применением связующего марки Smooth-on Vytaflex 2 и плавленого кварца. В зависимости от размеров модельного блока конкретной отливки количество наносимых слоев варьировалось в диапазоне от 5 до 7. Отливки получали из бронзы марки БрА9Ж3Л. Температура ОКФ при заливке составляла 20 °С. Температура расплава — 1150–1200 °C. Заливка форм осуществлялась в опорном наполнителе. После извлечения отливок из ОКФ производили отделение элементов литниково-питающих систем. В качестве финишных операций применяли шлифовку и галтовку. Элементы автомата собирались в единое целое с помощью аргонодуговой сварки. Для обеспечения устойчивости и надежности крепления посредством сварки к автомату были присоединены фляжка и котелок. В местах прилегания собранной конструкции были размещены элементы анкерного крепления к бутовой глыбе. Такие же элементы были размещены и на отливке «Тюльпаны». После выполнения сварочных работ элементы подвергли пескоструйной обработке.

Модель мемориальной таблицы изготовили из искусственного камня на фрезерном станке с ЧПУ. Таблицу получили литьем в формы из холодно-твердеющих смесей по Резол-СО2 процессу.

Перед монтажом все отлитые элементы композиции были подвергнуты химическому патинированию.

На рисунке представлен памятный знак до (а) и после (б) реконструкции.

а

б

Рисунок. Памятный знак: а — до реконструкции; б — после реконструкции

Таким образом, за счет использования реверс-инжиниринга и аддитивных технологий на этапе подготовки литейного производства работы были выполнены за 2 месяца с сокращением стоимости в 1,5 раза.

Литература
  1. Гуляев Б.Б. Решенные и нерешенные задачи теории литейных процессов. Литейное производство, 1990, № 9, с. 2–3.
  2. Стратегия научно-технологического развития Российской федерации. Указ Президента РФ № 642 от 01.12.2016 г.
  3. Стратегия развития аддитивных технологий в Российской федерации на период до 2030 года. Распоряжение Правительства РФ № 1913-р от 14.07.2021 г.
  4. Дьячков В.Н., Парамонов А.М., Никитин К.В. Совершенствование технологии литья по выплавляемым моделям. Литейное производство, 2012, № 7, с. 33–34.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.