КОРПУС МАЛОМЕРНОГО СУДНА

Полезная модель относится к области аддитивных технологий, а точнее к трехмерной печати объектов по цифровой модели методом послойного нанесения расплавленного полимерного материала (FDM). Данная технология заключается в построении объекта с помощью послойного нанесения расплавленного полимерного материала на рабочий стол через экструдер и может быть применена для изготовления, например, транспортных средств, а именно, корпусов маломерных судов.
Известен способ изготовления корпуса судна при использовании аддитивных технологий (A.D. Lacaze, K. Murphy. Method for Shipbuilding Using 3D Printers. US 20170232549 A1. Publ. 17.08.2017 г.), основанный на принципе работы платформы Гью-Стюарта, позволяющий печатать законченный корпус судна, включая множество внутренних деталей (переборки, трюмы) в виде единого 3D-печатного объекта с использованием технологий SLS, DMLS, LMD, ЕВМ и SLM из разных металлов.
Недостатком описанного способа является дороговизна оборудования (3D-принтера) и расходных материалов к нему. Способ трудоемкий, отвлекает значительные человеческие ресурсы для его осуществления, что негативно сказывается на стоимости построенного таким способом судна. Построение маломерных корпусов судов вышеописанным способом, когда корпус строится весь целиком, неприемлемо по экономическим причинам.
Полезная модель решает задачу снижения себестоимости корпуса маломерного судна, построенного с применением аддитивных технологий, за счет применения сборной конструкции корпуса, более дешевых материалов и оборудования.
Для получения необходимого технического результата корпус маломерного судна, построенный с использованием аддитивных технологий, предлагается выполнить сборным из отдельных блоков, соединенных между собой, а каждый блок предлагается выполнить сборным из отдельных деталей, которые предлагается изготовить с использованием 3D-печати по цифровой модели изтермопластичных материалов методом FDM. Для соединения блоков и деталей между собой предлагается использовать склеивание.
FDM (Fused Deposition Modeling) - технология моделирования методом наплавления, широко использующаяся при промышленном аддитивном производстве, которая заключается в создании трехмерного физического объекта за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. В качестве материалов выступают термопластики в виде катушек нитей. FDM применяется для быстрого прототипирования и быстрого производства. Быстрое прототипирование облегчает повторное испытание с последовательной, пошаговой модернизацией предмета. Быстрое производство служит в качестве недорогой альтернативы стандартным способам при создании мелкосерийных партий.
Преимущества технологии FDM:
- низкая стоимость материалов и оборудования;
- широкий ассортимент термопластов;
- прочные износостойкие изделия, широкие возможности последующей обработки;
- возможность изготавливать крупные объекты практически любой геометрии с надежными механическими свойствами;
- относительно быстрая скорость печати.
На прилагаемых к описанию графических материалах изображено:
- на фиг. 1 - 3D-модель корпуса судна с разбивкой на блоки;
- на фиг. 2 - разбивка блока на детали;
- на фиг. 3 - пример эргономичного расположения деталей при печати на рабочей платформе 3D-принтера;
- на фиг. 4 - изготовленный блок №1;
- на фиг. 5 - изготовленные детали блока №3.
Конкретный пример построения корпуса маломерного судна.
Работа по изготовлению корпуса маломерного судна типа байдарки «Нерль» с габаритами L×B×H=5410×840×400 мм начиналась с создания цифровой 3D-модели. Далее проводили разбивку корпуса судна на блоки и детали, исходя из габаритов рабочей платформы используемого оборудования. В нашем случае, использовались 3D-принтеры MakerBot Z18, Anet А6 Z7 и Prusa i3 Mk3 с габаритами рабочих платформ 350×300×800, 220×220×230 и 200×200×200 мм соответственно. В нашем конкретном случае, корпус судна был разбит на 31 блок (271 деталь): блок 1-1 деталь (форштевень); блок 2-2 детали; блок 3-3 детали; блоки 4-6, 30, 31 - по 6 деталей; блок 9-7 деталей; блоки 7, 8, 28, 29 - по 8 деталей; блоки 10-14, 21-24, 27 - по 10 деталей; блоки 15-20, 25, 26 - по 12 деталей. Печать осуществлялась из PLA-пластика со 100-% заполнением, при температуре экструдера 215-260°С, температуре стола - 60°С, высоте слоя - 0.3 мм, с соплом 0.6 мм; при скоростях - на всех машинах 140 мм/сек (базовая), снижение на контуре до 80 мм/сек, на мелких контурах до 60 мм/сек, первый слой - 60 мм/сек, последний слой - 60 мм/сек.
После печати блоки и детали проходили постобработку (при необходимости) - удаление излишек нитей, подтеков и пр. Далее, детали и блоки склеивались между собой клеем марки «ДПА», предназначенного для соединений изделий из PLA-пластика. После этого, корпус судна подвергался шпаклевке, окраске и покрытию лаком.
Расчеты прочности корпуса маломерного судна из PLA-пластика, выполненные в ПО «Ansys» показывают, что корпус судна соответствует требованиям «Правил классификации и постройки маломерных судов» Российского Речного Регистра, запас прочности в критических точках достигает значений в 2.3-2.7 раз.
Расчеты показывают, что ориентировочная трудоемкость изготовления корпуса при помощи аддитивных технологий составит около 1200 часов. При работе 3-ех 3D-принтеров, потребуется около 400 часов. Эту цифру можно уменьшить, увеличив количество оборудования. При традиционном изготовлении корпуса согласно «Укрупненным нормативам времени на изготовление корпусов и корпусодостроечных работ при постройке судов из стеклопластика» потребуется 500 нормо-часов. В ближайшем аналоге описана металлическая печать судна длиной 13700 мм, на которую потребуется около 18 месяцев. При печати корпуса маломерного судна типа байдарки «Нерль» по технологии ближайшего аналога, но с применением PLA-пластика, потребует около 5-ти месяцев.
Таким образом, себестоимость построения предлагаемого корпуса маломерного судна, состоящего из отдельных соединенных между собой блоков, которые состоят из отдельных деталей, изготовленных с использованием 3D-печати из термопластичных материалов методом FDM, значительно ниже: на 20% по сравнению с традиционным производством, на 70% - по сравнению с ближайшим аналогом.