Разработка методик проектного моделирования в дизайне изделий из металла

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

разработка методик проектного моделирования в дизайне изделий из металла

Специальность 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Коротаева Надежда Федоровна

Санкт-Петербург 2008

Работа выполнена в ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» на кафедре «Дизайн промышленных изделий»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Исупов Владислав Сергеевич

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент

Ившин Константин Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Жукова Любовь Тимофеевна

кандидат технических наук

Матюшин Виталий Вавилович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет»

Защита состоится 10 декабря 2008 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.236.04 при ГОУВПО «Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна» по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 18, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «СПГУТД».

Автореферат размещен на сайте www.sutd.ru.

Автореферат разослан «07» ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

С.М. Ванькович

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Интеграция российской экономики в международную (вхождение России во Всемирную торговую организацию) выявляет преобразования в промышленности и экономике. Данные преобразования поставили задачу применения накопленных научно-технических разработок в области дизайна изделий для повышения качества, уменьшения временных сроков проектных разработок и внедрения их результатов в производство.

Актуальной проблемой современного серийного производства изделий является совершенствование дизайна изделий. Решение данной проблемы непосредственно связано с развитием и применением инновационных технологий, в том числе - методов быстрого моделирования и прототипирования, уменьшающих временные сроки разработки, подготовки производства и воспроизводства готовых изделий. Повышаются требования и к качеству выпускаемой продукции, характеризующиеся повышенной конструкторской сложностью, большим количеством оригинальных и уникальных проектных решений. Усложнение технических процессов и задач выявило противоречие с традиционными принципами проектирования, которые увеличивают финансовую стоимость процессов и временные сроки их реализации, уменьшая эффективность традиционных методов проектирования. Существующая традиционная методология проектирования и изготовления изделий не учитывает возможности современных методов проектного моделирования, которые позволят повысить конкурентоспособность отечественных изделий из металла.

В условиях соответствия быстроизменяющегося спроса потребителей современного рынка посредством увеличения темпов смены ассортимента изделий необходимо постоянно обеспечивать выпуск новых высококачественных изделий в минимальные временные сроки разработок. Внедрение и применение инновационных технологий в процессе проектной деятельности обеспечит совершенствование методик дизайна. Этап разработки изделия закладывает высокие потребительские свойства конкурентоспособности изделия в целом (экономичность, качество и пр.).

В настоящее время большинство зарубежных предприятий применяют технологии быстрого прототипирования (Rapid Prototyping - RP), основой которых является создание электронной геометрической модели изделия с последующей ее материальной реализацией на технологическом оборудовании. Данные технологии позволят изготовлять художественные изделия сложных форм в качественном и точном исполнении, уменьшая временной срок НИОКР посредством сквозного изготовления опытных образцов (прототипов), компонентов, технологической оснастки и пр. При художественной обработке металлов разработка и подготовка производства входит в сферу деятельности дизайнера (важный аспект при изготовлении малых серий проектируемых изделий).

В разработку и внедрение методологий проектного моделирования в дизайне изделий из металла внесли вклад ученые: Грашин А.А., Джонс Дж. К., Жукова Л.Т., Зимин Ю.А., Куманин В.И., Лазарев Е.Н., Минервин Г.Б., Пузанов В.И., Соколова М.Л., Соловьев Ю.Б., Сомов Ю.С., Тьявле Э. и др.

Для воплощения проектной концепции при художественной обработке металлов дизайнер должен учитывать его технологические возможности. Традиционные методы художественной обработки металлов обладают малой производительностью при мелкосерийном изготовлении художественных изделий. Художественные задачи решались в том числе кустарными производственными технологиями. Современные производственные и информационные технологии для достижения художественной выразительности изделия требуют от дизайнера их правильной квалифицированной организации. Изложенное выявляет проблему систематизации и организации современных информационных технологий, средств моделирования и производства в проектном моделировании художественных изделий.

Выявляется необходимость в разработке новых методик проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования. В России НИОКР данного направления ведутся недостаточно интенсивно, отсутствуют методические рекомендации по их технологическим возможностям для дизайна изделий из металла, что и выявляет актуальность темы диссертационной работы.

Объектом исследования являются декоративные изделия из металла. Предмет исследования - методики проектного моделирования в дизайне изделий из металла.

Целью исследования является совершенствование процесса проектного моделирования изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования.

Задачи исследования

прототипирование моделирование металл растровый

- исследовать и систематизировать традиционные и инновационные формы проектного моделирования изделий;

- провести анализ технологий быстрого прототипирования и разработать методические рекомендации по их применению в дизайне изделий из металла;

- разработать методические рекомендации по проектному моделированию рельефа изделия из металла с применением пуансона растрового типа и современных информационных технологий;

- апробировать методические рекомендации в разработке и изготовлении декоративных изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования.

Границы исследования

Границы исследования определяются рамками его тематической направленности. Исследуются методические вопросы этапов проектного моделирования изделий из металла с применением технологии стереолитографии (технология быстрого прототипирования на основе фотополимеризации) и растрового рельефа изделий из металла для обеспечения формовки в аппликационных штампах для мелкосерийного производства.

Методы исследования

Теория анализа и синтеза систем; методы математической статистики; методы аналитической геометрии; теория принятия решений; теория системного подхода к проектированию.

На защиту выносятся:

- методические принципы выбора процесса проектного моделирования изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования и аппликационного штампа растрового типа;

- требования к процессу проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования, современных информационных технологий и аппликационного штампа растрового типа;

- технология быстрого прототипирования стереолитография с толщиной слоя построения 0,05 мм (точность ± 0,005 мм) является рациональной при обеспечении прочной, надежной технологической оснастки для последующего изготовления художественных изделий из металла и качественного исполнения художественной модели для повышения эстетических характеристик.

Научную новизну исследования представляют:

- классификация технологий быстрого прототипирования для выбора процесса технологии прототипирования в дизайне изделий из металла;

- методика проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологии стереолитографии, заключающаяся в подготовке производства изделий для технологий литья и рельефной формовки;

- методика проектного моделирования в дизайне растрового рельефа изделий из металла с применением современных информационных технологий, заключающаяся в модульном (модулем является окружность определенного диаметра) принципе набора и позволяющая учитывать технологические характеристики формального решения декоративного изделия на этапе дизайна.

Практическая значимость

Разработанные методики проектного моделирования позволяют дизайнеру и конструктору применять инновационные RP-технологии в проектировании и подготовке производства изделий из металла для увеличения качества проработки эстетических характеристик изделия.

Апробация работы и внедрение результатов

В период 2002-2008 гг. автор диссертации в Научно-производственном центре высокоточной техники «Ижмаш» (Центр быстрого моделирования) и ООО «Инженерный центр «i-дизайн» принимал участие в проектных работах по созданию новых моделей художественных изделий в соответствии с проектом «Онтология художественной культуры Западного Приуралья» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования и науки РФ (код рНП 2.1.3.7795). Материал и выводы исследования применяются в учебном процессе по специальности 052400 «Дизайн» в ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» и в Школе оружейного мастерства им. А.Ф. Дерябина при ДОАО «Ижевский оружейный завод», ГОУ «Машиностроительный лицей № 8» (Ижевск) по специальностям: 0514 «Дизайн», 12485 «Изготовитель художественных изделий из металла».

В процессе исследования выполнены в достаточном объеме поисковые и опытно-конструкторские работы по изготовлению художественных изделий (сувениров) к празднованию 200-летия Ижевского оружия, 450-летия добровольного вхождения Удмуртии в Россию, 500-летия добровольного вхождения Башкортостана в Россию, проводимыми в Научно-производственном центре высокоточной техники «Ижмаш» (Центр быстрого моделирования).

Основные положения настоящего исследования изложены в научных докладах на следующих конференциях: международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в инновационных проектах» (ИжГТУ, 2003); межрегиональная конференция «Проектно-технологические и социально-технологические аспекты современного производства» (ИжГТУ, 2004); региональная конференция «Графические технологии в дизайне среды» (СыктГУ, 2006), международный Северный социально-экологический конгресс «Горизонты экономического и культурного развития» (СыктГУ, 2006), всероссийская научно-практическая конференция «Информатизация и информационные технологии в устойчивом развитии региона» (СыктГУ, 2007); II всероссийская конференция «Теория динамических систем в приоритетных направлениях науки, технологии и техники» (ИжГТУ, 2007), II международная научно-практическая конференция «Развитие современного искусства: проблемы и перспективы дизайн-образования» (СПГУТД, 2008).

Подана заявка на полезную модель. По теме диссертации опубликовано 10 научных статей (3 входят в перечень научных журналов, рекомендованных ВАК РФ).

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и результатов, списка литературы (214 наименований), приложения и содержит 145 страницы, 36 рисунков, 7 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и задачи, раскрыта научная новизна и практическая значимость исследования.

В первой главе проведены анализ и обобщение сведений, содержащихся в научных исследованиях разных аспектов художественной обработки металлов. Рассмотрены и классифицированы RP-технологии для выявления возможностей отдельных технологических процессов прототипирования в аспекте рекомендаций для дизайнера при выборе процесса прототипирования, применяемого материала и характера конечного продукта (рисунок 1).

Во второй главе исследованы формы моделирования в аспекте проектной деятельности и инновационные технологии в моделировании художественных изделий. Комплексное сквозное применение средств моделирования в дизайне художественных изделий обосновывается увеличением гибкости стратегии и тактики выбора проектных решений дизайнером.

Процесс проектирования художественных изделий состоит из отдельных взаимосвязанных, выработанных в результате длительного опыта и имеющих определенное теоретическое обоснование этапов (рисунок 2): предпроектное исследование (I); формирование художественно-конструкторского предложения (II); разработка художественно-конструкторского проекта (III); практическая реализация художественно-конструкторского проекта (IV). Каждый этап включает несколько стадий. В зависимости от сложности геометрии проектируемого художественного изделия и предполагаемого объема дальнейшего тиражирования, внутри структуры процесса проектирования художественных изделий (рисунок 2) предложен выбор разных путей проектного процесса.

Рисунок 1 - Классификация технологий быстрого прототипирования



Рисунок 2 - Блок-схема структуры процесса проектирования художественного изделия

прототипирование моделирование металл растровый

На основе структуры процесса проектирования художественного изделия разработана общая методика дизайна изделий с применением технологий быстрого прототипирования (рисунок 3). Применение технологий быстрого прототипирования в процессе проектирования художественных изделий является рациональным решением для мелкосерийного производства и обеспечивает уменьшение временных сроков и материальных затрат дизайнерских и конструкторских работ, процессов изготовления технологической оснастки, увеличение качества выпускаемых изделий.



Рисунок 3 - Блок-схема методики проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования

Для обеспечения реализации изложенных методических рекомендаций в дизайне изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования разработаны требования:

- электронная геометрическая модель художественного изделия должна соответствовать ГОСТ 2.052-2006 «ЕСКД. Электронная модель изделия. Общие положения», ГОСТ 2.053-2006 «ЕСКД. Электронная структура изделия. Общие положения» и ГОСТ 2.051-2006 «ЕСКД. Электронные документы. Общие положения»;

- тип электронной геометрической модели художественной изделий - твердотельный (solid) и поверхностный (surface);

- применяемые программные системы для создания электронной геометрической модели - CAD/САМ-системы (Сomputer Aided Design/Сomputer Aided Manufacturing);

- параметры электронной геометрической модели:

- стандартное графическое отображение модели - модель формата системы, в которой создана модель и модель формата IGES, STP, STL (единые международные стандарты хранения электронной информации);

- единицы измерения - мм;

- рабочий масштаб - 1:1;

- параметры точности модели - линейный допуск 0,005 мм и угловой допуск 0,1°;

- электронная геометрическая модель должна быть минимальной по объему файла:

- не допустимо применение геометрически совпадающих элементов построения в пределах линейных и угловых допусков;

- не допустимы включенные элементы анализа геометрии и закраска элементов геометрии в модели;

- модель должна содержать логичную топологию (иметь четкие основные образующие поверхности, скругления и фаски);

- топология электронной геометрической модели должна быть определенного качества:

- не допускать применение немонотонных поверхностей, имеющих изломы и негладкие образующие линии (за исключением специальных случаев);

- для моделей, описанных поверхностью, не допустимы разрывы между элементами и самопересечения элементов;

- в геометрии модели должны отсутствовать разрывы с линейным допуском 0,005 мм и угловым допуском 0,1°;

- максимальное расхождение модели с результатами обмеров - 0,02 мм;

- максимальное расхождение установочных (контрольных) точек модели с имеющейся чертежной документацией - 0,02 мм;

- логичная топология модели (поверхности и скругления между ними) с отсутствием поверхностей со сложной геометрией;

- каждая деталь электронной геометрической модели изделия должна сохраняться в отдельном файле (типы расширения файлов - *.step, *.igs, *.stl);

- координатная сетка электронной геометрической модели в программной системе должна быть позиционирована относительно предполагаемой технологической оснастки (установки);

- возможные максимальные габаритные параметры электронной геометрической модели изделия - 500х500х500 мм (в случае превышения данных параметров изделие разделяется на части, которые в дальнейшем собираются).

В третьей главе представлена разработанная методика проектного моделирования в дизайне растрового рельефа изделий из металла с применением современных информационных технологий для обеспечения формовки в аппликационных штампах при изготовлении художественных изделий для мелкосерийного производства (рисунок 4). Процесс изготовления аппликационного штампа наборным способом осуществляется на основе выполненного проекта детальной композиции сюжета рельефного изображения. Для уменьшения временного срока выполнения этапа дизайна рельефного изображения рационально применять средства компьютерного (электронного) моделирования. Исходные дизайнерские эскизы для электронного геометрического моделирования необходимо применять в форме растровых электронных носителей, полученных на основе бумажных, для последующей разработки в электронной среде компьютерных программ геометрического моделирования формы. Электронная геометрическая модель (ЭГМ) формы обеспечивает объективное трехмерное представление о проектируемом художественном изделии, простое корректирование формообразующих частей, адаптируя изобразительный сюжет определенному способу изготовления художественного изделия, и возможность электронного геометрического моделирования штампа. Компонентами штампа являются плоские пластины определенной геометрической конфигурации, которые методом послойного набора формируют изобразительный сюжет рельефа.

Рисунок 4 - Блок-схема методики проектного моделирования в дизайне растрового рельефа изделий из металла с применением современных информационных технологий

Применение аппликационных штампов в рельефной формовке листовых металлов и растрового принципа графического изображения (изображение представляет совокупность пикселов) выявили актуальность разработки методики моделирования художественного рельефа изделия на основе аппликационного штампа с координатными сетками (рисунок 5). В данном случае роль пикселов выполняют стальные шарики, устанавливающиеся в просверленные отверстия металлической плиты по разработанному и адаптированному рисунку для выполнения рельефного изделия. Данная методика определяет процесс моделирования изделия по определенным проектным этапам.

1 1 - гладкая плита; 2 - резиновый или полиуретановый блок (матрица); 3 - заготовка для формовки; 4 - шарики для пуансона аппликационного штампа; 5 - пластинка для установления шариков; 6 - гладкая стальная плита; 7 - стол пресса

Рисунок 5 - Схема рельефной формовки в аппликационных штампах

При разработке методики моделирования для проектирования аппликационного наборного штампа с координатными сетками на первом этапе осуществляется выбор принципиальных схем штампов с координатными сетками (применение декартовой и полярной систем координат). Рассчитывается рациональная величина диаметра (2,5 мм) для выполнения отверстий, находящихся на пересечении координатных линий. Выбор изобразительного сюжета проектируемого рельефного изделия должен осуществляться по следующим критериям: целостность характера формы, геометрический характер формообразования, способность к комбинаторике.

Данным критериям соответствуют орнаментальные изображения геометрического принципа стилизации форм зооморфного и растительного характера. В процессе графического моделирования выбранного изображения необходимо проанализировать линейные характеристики формы с целью выявления пластических особенностей выбранного объекта. На данном проектном этапе, согласно линейному принципу, изображение разбивается на определенные толщины линий. Выбор вида стилизации необходимо согласовать с предполагаемой технологией изготовления изделия в материале для адаптации изображения сюжета.

Рационально применять линейные элементы изображения. Набор штампа рационально осуществлять с выявления характера линии силуэта изображения и последующего его заполнения внутреннего пространства. Повышение эстетической выразительности художественного рельефа изображения осуществляется посредствам применения стальных шариков разных диаметров.

Для трансляции дизайнерских предложений линейных композиций рельефа под технологию рельефной формовки, основанную на модульном (модулем является окружность определенного диаметра) принципе набора, разработано электронное программное средство (рисунок 6).

Рисунок 6 - Электронное программное средство для трансляции линейных композиций рельефа в растровую форму

Пуансоном в аппликационном штампе с координатной сеткой является прямоугольная стальная плита (рисунок 7), на поверхности которой на пересечении координатных осей просверлены отверстия определенного диаметра. В данные отверстия в зависимости от характера рисунка и степени уровня рельефа устанавливаются стальные шарики определенной величины диаметра.

Рисунок 7 - Изготовленная плита пуансона с координатной сеткой установленными стальными шариками определенной величины диаметра

Необходимым условием моделирования рисунка рельефа изделия является рациональная сочетаемость величин диаметров шариков для согласованности и устойчивости их фиксации (таблица 1). Для выполнения данного условия проведены математические расчеты рациональной сочетаемости величин диаметров шариков (рисунок 8).



Рисунок 8 - Схема расположения шариков разной величины диаметра

в соседних углублениях

Определение диаметров шариков:

1. Расчет высот соответственно:

; (1)

. (2)

2. Для определения математической зависимости между диаметрами шариков необходимо рассмотреть отрезок , соединяющий центры шаров и проходящий через их общую точку касания (.)1. Величина отрезка определяет прямую зависимость между диаметрами шаров, так как . - гипотенуза прямоугольного , катет которого

; (3)

межосевое расстояние углублений, величина постоянная, а

. (4)

На основе уравнения (4) можно выразить катет из через высоты h и H и соответственно:

. (5)

Таблица 1 - Рациональная сочетаемость диаметров шариков*

По горизонтали / вертикали плоскости плиты
D, [мм]	3	3,5	4	4,5	5	6	6,5
d, [мм]	3	-	-	-	-	-	-
По диагонали плоскости плиты
D, [мм]	3	3,5	4	4,5	5	6	6,5
d, [мм]	3-6,5	3-5	3-4,5	3-4	3; 3,5	3	3

*Примечание. Величины диаметров шариков согласно ГОСТ 3722-81

Посредством разработанной фиксированной плиты пуансона формируют набранный рисунок на тонких металлических листах (фольге). Второй половиной штампа является блок резины средней твердости или полиуретана толщиной 30-40 мм, по размерам в плане на 25-35 мм больше монтажной штамповой пластины.

Для обеспечения реализации изложенных методических рекомендаций в дизайне растрового рельефа изделий из металла с применением современных информационных технологий и аппликационного штампа растрового типа разработаны требования:

- тип композиций рельефа - линейный (не более 2 толщин линий) для их трансляции в разработанном электронном программном средстве;

- тип электронных носителей линейных композиций рельефа - растровый (разрешение изображения - 800х600, тип расширения файлов *.jpg) для их трансляции в разработанном электронном программном средстве;

- для обеспечения точности и качества рельефа изделия отверстия в плите пуансона необходимо изготавливать на станках с числовым программным управлением;

- материал плиты пуансона - инструментальная сталь с последующим закаливанием до твердости по Роквеллу не менее 37 единиц;

- сочетаемость величин диаметров соседних шариков (ГОСТ 3722-81) необходимо определять по разработанной таблице рациональной сочетаемости диаметров шариков (ГОСТ 3722-81);

- материал шариков (ГОСТ 3722-81) - ШХ15 или инструментальная сталь с последующим закаливанием до твердости по Роквеллу не менее 45 единиц;

- соотношение величин диаметра шарика к диаметру отверстия должно быть не менее 1,2;

- применение универсального штампа с эластичным блоком (резиновый или полиуретановый) и гидравлического пресса усилием до 100 т в зависимости от площади давления;

- листовой материал изделия - латунь Л68 с толщиной 0,2-0,5 мм.

Разработана методика проектного моделирования для обеспечения формовки в аппликационных штампах при изготовлении рельефа изделий для мелкосерийного производства. Данная технология обеспечивает свободное внесение дизайнером изменений в рельеф при воспроизводстве изделия. Штамп многоразового функционального решения может переналаживаться в малый временной срок. Малая финансовая стоимость аппликационной оснастки в условиях мелкосерийного производства при равных условиях с инструментальной оснасткой. Данная методика уменьшает временной срок на этапе подготовки производства.

В четвертой главе представлены разработанные методики проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологии стереолитографии. Приводится поэтапная характеристика (содержание, цель, задачи, особенности, рекомендации, указания) процесса проектирования с основными этапами разработки нового художественного изделия, адаптированная с учетом применения технологии стереолитографии.

На основе общей структуры проектирования разработана методика процесса проектирования и изготовления изделия методом рельефной формовки от замысла до выполнения готового образца с применением технологии стереолитографии (рисунок 9).

Рисунок 9 - Блок-схема методики проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологии стереолитографии для технологии рельефной формовки

Разработана методика процесса проектирования и производства художественного изделия с применением синтеза технологий литья и стереолитографии (рисунок 10). В данном случае поставлена задача получения отливки сувенирного изделия, где применение RP-технологий может помочь в быстром изготовлении опытных образцов литейных изделий, получения модели без изготовления специальной оснастки. В методике учитывается характер сложности формы проектируемого изделия (геометрический или скульптурный принцип формообразования) и соответственно предлагаются пути прохождения проектных этапов.

Рисунок 10 - Блок-схема методики проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологии стереолитографии для технологии литья

Применение RP-технологий сокращает временной срок процесса изготовления опытных образцов литейных изделий, технологии быстрого прототипирования необходимы для получения модели без изготовления специальной оснастки. Методика проиллюстрирована материалами (рисунки 11, 12) по созданию конкретной художественной модели - юбилейного выставочного экземпляра сувенирного колокольчика.

Рисунок 11 - Этапы создания электронной геометрической модели

Применение в разработке художественных изделий трехмерного электронного геометрического моделирования и RP-технологий позволяет значительно сократить временной срок разработки художественного изделия, повысить точность его изготовления, качество поверхностей и отказаться от низкотехнологичных этапов проектирования (рукотворное изготовление объемных прототипов).

Выбранная RP-технология стереолитографии изготовления требует полной модернизации модели с целью ее адаптации к процессу производства. Адаптация сопровождается созданием вспомогательных технологических элементов. Полученная технологическая электронная геометрическая модель передается на прототипирующую установку, в которой выращивается прототип в соответствии с геометрией технологической CAD-модели. При моделировании и изготовлении художественных изделий применялись прототипирующая установка стереолитографии SLA 3500 и фотополимер Cibatool SL 5190. В таблице 2 приведены основные технические характеристики установки SLA 3500 и таблице 3 - физико-механические показатели фотополимера Cibatool SL 5190.

Таблица 2 - Основные технические характеристики установки стереолитографии SLA 3500

Наименование характеристики	Значение
Длина волны лазера, [нм]	354,7
Мощность лазера, [мВт]	160
Зона построения модели (XYZ), [мм]	350x350x400
Объем, [л]	99,3
Толщина слоя построения, [мм]	0,05
Точность построения, [мм]	± 0,005
Максимальный вес модели, [кг]	56,8
Температура, [°С]	20-26
Диаметр луча, [мм]	0,02-0,03
Модельный материал	Фотополимер Cibatool SL 5190

Таблица 3 - Физико-механические показатели фотополимера Cibatool SL 5190

Наименование свойства	Значение
Плотность при 25°С, [г/см3]	1,15
Предел прочности при растяжении (ASTM D 638/DIN 53455/ISO R 527), [Н/мм2]	55-57
Предел прочности при изгибе (ASTM D 790), [Н/мм2]	75-90
Удлинение при разрыве (ASTM D 638), [%]	9
Твердость (DIN 53505), [единиц по Шору]	80

Апробация разработанных методик проектного моделирования художественных моделей для мелкосерийного производства (рисунок 12) с применением RP-технологий была проведена на базе оборудования Научно-производственного центра высокоточной техники «Ижмаш» (Центр быстрого моделирования) в соответствии с проектом «Онтология художественной культуры Западного Приуралья» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования и науки РФ.



Рисунок 12 - Результаты апробации разработанных методик проектного моделирования художественных моделей с применением технологий быстрого прототипирования для мелкосерийного производства

Основные выводы и результаты

1. Разработанная методика проектного моделирования в дизайне изделий из металла с применением технологии стереолитографии позволяет дизайнеру рационально применять на этапе подготовки производства изделия средства проектного моделирования (CAD/САМ-системы), обеспечивающие уменьшение временных и материальных затрат дизайнерских и конструкторских работ, процессов изготовления технологической оснастки, увеличение качества выпускаемых изделий и конкурентоспособность новой модели декоративного изделия.

2. Выявлено, что применение технологий быстрого прототипирования в проектном моделировании художественных изделий является рациональным решением для мелкосерийного производства и обеспечивает уменьшение временных сроков на 50-90 % (с 10-90 до 2-5 суток) и финансовой стоимости дизайнерских и конструкторских работ, процессов изготовления технологической оснастки, увеличение качества выпускаемых изделий.

3. В процессе опытных проектно-конструкторских работ выявлено, что технология быстрого прототипирования стереолитография с толщиной слоя построения 0,05 мм (точность ± 0,005 мм) является рациональной при обеспечении прочной, надежной технологической оснастки для последующего изготовления художественных изделий из металла и качественного исполнения художественной модели для повышения эстетических характеристик.

4. Разработанная методика проектного моделирования в дизайне растрового рельефа изделий из металла с применением современных информационных технологий и аппликационного штампа, основанная на модульном принципе набора, позволяет учитывать технологические характеристики при разработке композиции рельефа изделия на этапе дизайна для мелкосерийного производства и свободно вносить изменения в композицию рельефа при воспроизводстве изделия. Разработанная конструкция наборного пуансона с координатными сетками и отверстиями для установки стальных шариков (ГОСТ 3722-81) по определенному рисунку обеспечивает многоразовое функциональное решение в малый временной срок переналаживания и уменьшение финансовой стоимости аппликационной оснастки в условиях мелкосерийного производства. Рассчитана и предложена рациональная комбинация сочетаемости величин диаметров наборных стальных шариков (ГОСТ 3722-81) для повышения устойчивости их фиксации.

5. Разработано электронное программное средство для обеспечения трансляции дизайнерских предложений композиций рельефа под технологию рельефной формовки, основанную на модульном (модулем является окружность определенного диаметра) принципе набора.

6. Сформулированы конструктивно-технологические требования для обеспечения эффективной реализации дизайнером разработанных методик проектного моделирования художественных изделий из металла с применением технологий быстрого прототипирования и аппликационного штампа растрового типа.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

Статьи в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК РФ:

1.Умняшкин, В.А. Разработка методики дизайна художественного рельефа изделия с применением аппликационных штампов / В.А. Умняшкин, Н.Ф. Коротаева, К.С. Ившин // Вестник ИжГТУ. - 2008. - № 1. - С. 47-52.

2. Ившин, К.С. Разработка методики дизайна художественных изделий с применением технологий быстрого прототипирования / К.С. Ившин, Н.Ф. Коротаева // Дизайн. Материалы. Технологии. - 2008. - № 4 (7).

3. Ившин, К.С. Разработка методических рекомендаций для проектного моделирования художественного изделия с применением технологии стереолитографии / К.С. Ившин, Н.Ф. Коротаева // Вестник МГХПУ. - 2008. - (в печати).

Статьи в научных сборниках:

1.Исупов, В.С. Инкрустация металлом / В.С. Исупов, Н.Ф. Коротаева // Сборник научных трудов аспирантов и преподавателей. - Екатеринбург-Ижевск, 2004. - С. 96-100.

2. Коротаева, Н.Ф. Традиции народного искусства в художественной обработке металла / Н.Ф. Коротаева // Вестник УдГУ. - 2006. - № 12. - С. 67-71

3.Коротаева, Н.Ф. Новые технологии в моделировании объектов промышленного дизайна / Н.Ф. Коротаева // Информатизация и информационные технологии в устойчивом развитии региона: Мат-лы Всероссийской научно-практической конференции. - Сыктывкар, 2007. - С. 61-63.

4.Коротаева, Н.Ф. Экологический дизайн и бионика / Н.Ф. Коротаева // Горизонты экономического и культурного развития: Мат-лы международного социально-экологического конгресса. - Сыктывкар, 2006. - С. 54-58.

5.Применение технологий быстрого прототипирования в дизайнерском проектировании / С.Н. Зыков, К.С. Ившин, Н.Ф. Коротаева, Д.Н. Брагин // Теория динамических систем в приоритетных направлениях науки, технологии и техники: Сборник докладов второй Всероссийской конференции молодых ученых, преподавателей, аспирантов и студентов. - Екатеринбург-Ижевск, 2007. - С. 170-176.

6.Декоративно-прикладное искусство с применением технологий быстрого прототипирования / С.Н. Зыков, К.С. Ившин, Н.Ф. Коротаева, Н.С. Ворончихин // Вестник УдГУ. - 2007. - № 12. - С. 145-150.

7.Коротаева, Н.Ф. Исторический аспект развития способов моделирования художественных изделий из металла / Н.Ф. Коротаева // Вестник УдГУ. - 2007. - № 12. - С. 156-160.

Размещено на Allbest.ru

...