Единый цифровой процесс: как снизить вес авиакомпонента без осложнений

Преимущества и проблемы уменьшения массы в аддитивном производстве | Комплексное решение для проектирования, моделирования и производства | Итерация проектирования на основе моделирования | Генерация поддержек | Симуляция процесса и компенсация деформаций | Резюме и перспективы

Преимущества и проблемы уменьшения массы в аддитивном производстве

Снижение веса компонентов – одна из ключевых задач авиационной и космической отраслей, и аддитивное производство остается приоритетным направлением исследований и практического применения соответствующих эффективных решений.

3D‑печать обладает непревзойденными преимуществами по сравнению с традиционными методами, особенно при производстве крупных компонентов и в плане достижения высокой точности изготовления. Технология не только отвечает строгим требованиям аэрокосмического сектора к прочности, долговечности и безопасности, но и позволяет создавать сложные геометрические формы, значительно повышая гибкость проектирования. Аддитивные технологии позволяют существенно снизить вес деталей без ущерба для прочности.

Несмотря на значительные преимущества, практическая реализация снижения массы с помощью 3D‑печати требует многократных итераций проектирования и симуляций. Для каждого этапа необходимы различные программы, что приводит к фрагментированным результатам и снижению эффективности рабочих процессов. Такой подход не только препятствует уменьшению числа итераций, но и ограничивает потенциал аддитивного производства для реализации новаторских решений и облегчения конструкций. Итог – потеря ресурсов и времени.

Рис. 1. 3D‑печатные решетчатые и бионические структуры помогают облегчить вес изделий © 3ds.com

Чтобы процесс стал действительно интеллектуальным и в меньшей мере зависел от ручного труда, отрасль срочно нуждается в интегрированном решении, объединяющем проектирование, моделирование и производство. Это повысит эффективность производства и качества продукции, одновременно уменьшив производственные затраты.

Запрос демоверсии ПО

Комплексное решение для проектирования, моделирования и производства

VoxelDance Additive (VDA) – программная платформа, обеспечивающая бесшовный цифровой процесс промышленной 3D‑печати. ПО объединяет такие ключевые процессы, как проектирование, НИОКР, производство, моделирование, планирование траектории и управление задачами печати.

Рассмотрим пример быстрого итеративного моделирования с использованием VoxelDance Additive – проект создания облегченной конструкции тормозной педали самолета. Точное моделирование процесса обеспечило успешную печать изделия, устранив необходимость переноса данных между разными программами.

1. Итерация проектирования на основе моделирования с помощью VoxelDance Design

Сначала был проведен статический анализ исходной геометрии тормозной педали в программном обеспечении для проектирования, чтобы проверить результаты распределения напряжений и состояние смещения в текущих условиях эксплуатации. Затем на основе этих результатов целевые области были заполнены решетчатыми структурами.

Рис. 2. Рабочий процесс проектирования на основе моделирования

Используя принципы неявного моделирования, VoxelDance Design (VDD) позволяет быстро выполнять проектирование на основе параметров с использованием математических формул, функций и результатов анализа методом конечных элементов. В ходе проектирования детали ручное добавление элементов и изменение параметров дают возможность гибко регулировать диаметр решетки. В одной и той же области создается решетка с разными значениями плотности, что приводит к облегчению конструкции при сохранении ее целостности. Наконец, спроектированная деталь проходит второй этап статического моделирования для проверки результатов.

2. VoxelDance Manufacturing: генерация поддержек значительно сокращает время подготовки данных

После проектирования легкой конструкции мы приступаем к подготовке к 3D‑печати. VoxelDance Manufacturing (VDM) предлагает несколько типов скриптов поддержек, способных генерировать индивидуальные опорные конструкции на основе конструктивных особенностей педали тормоза. Учитывая сложность геометрии педали, были выбраны цилиндрические и блочные поддержки.

Рис. 3. Поддержка, сгенерированная на основе характеристик детали

3. VoxelDance Engineering: симуляция процесса и компенсация деформаций

Наконец, модуль VoxelDance Engineering (VDE) был использован для моделирования процесса изготовления педали, с прогнозом потенциальных деформаций и проблем концентрации напряжений во время печати. Это позволило внести соответствующие корректировки в модель, чтобы снизить потенциальные риски. Для критически важных компонентов, таких как легкие тормозные педали, отличающиеся сложной решетчатой топологией и повышенными требованиями к нагрузкам, моделирование процесса играет особенно важную роль.

Рис 4. Моделирование процесса и компенсация деформации определяют оптимальное решение для построения модели

Во время первоначального моделирования процесса в поддержке педали была выявлена значительная деформация. Это создавало риск плохой адгезии между поддерживающими структурами и верхней поверхностью детали, что угрожало сбоем печати. Для решения проблемы инженеры усилили прочность поддержки на основе результатов моделирования и применили к детали компенсацию деформации. Объединив эти корректировки, конструкцию повторно проверили с помощью моделирования, и в конечном итоге были достигнуты оптимальные результаты построения.

Конечная напечатанная тормозная педаль в точности соответствует прогнозам моделирования. Весь цикл от проектирования до производства был выполнен на одной платформе VDA Manufacturing, что исключило необходимость работы в разных программах и частого переключения между ними, и обеспечило беспрецедентную целостность данных и эффективность.

Рис. 5. Напечатанный компонент

Резюме и перспективы

Платформа VoxelDance Additive дает возможность реализовать единый цифровой рабочий процесс, охватывающий проектирование, подготовку данных, моделирование и производство благодаря бесшовной интеграции трех основных модулей – VDD, VDM и VDE. Этот процесс позволил не только облегчить тормозную педаль, но и воплотить в жизнь решения, более соответствующие современным требованиям отрасли.

В контексте развития современного производства большой интерес представляет промышленное внедрение искусственного интеллекта. VoxelDance видит перспективы в применении нескольких технологий ИИ в своих программных продуктах – для неявного моделирования, подготовки данных и моделирования процессов. Новые разработки откроют путь к более эффективным и качественным решениям на базе аддитивного производства.

Статья опубликована 11.11.2025 , обновлена 11.11.2025