Розробка методології прототипування опукло-вгнутих деталей за технологією реверс-інжинірингу з забезпеченням заданої геометричної точності їх виготовлення

Автор(и)

  • Катерина Володимирівна Майорова Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-3949-0791
  • Олександра Олександрівна Капінус Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-0878-1900
  • Вячеслав Володимирович Нікічанов Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-5913-1043
  • Олександр Сергійович Скиба Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0009-1255-2666
  • Артем Сергійович Суслов Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут, Україна https://orcid.org/0009-0002-1831-1862

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.308047

Ключові слова:

реверс-інжиніринг, методологія, деталі, цифровий макет, 3D-сканування, 3D-друк, геометрична точність

Анотація

Об’єктом дослідження є геометрична точність видобутого портрету з виготовленого за ним 3D-друком натурним зразком в зменшеному розмірі опукло-вгнутих деталей в порівнянні з відповідно зменшеним ідеальним.

Предметом дослідження є реверс-інжиніринг та адитивна технологія для виготовлення опукло-вгнутих деталей загального машинобудування (ЗМ). Запропоновано нову методологію прототипування для опукло-вгнутих деталей об’єктів машинобудування. В основі методології лежить використання отриманого 3D-скануванням за оригінальною деталлю ідеального портрету зменшеними за розмірами. Рішення про пропуск у виробництво приймається за порівнянням геометрії портрету, отриманого з виготовленого 3D-друком зразка в зменшеному розмірі з ідеальним за умови отримання значень, що входять в поле допуску. Отримано такі результати. Виконано конструктивно-технологічний аналіз лопаті насосної гідроелектростанції, за яким підібрано 3D-сканер та 3D-принтер. Реалізовано 3D-сканування лопаті з утворенням портрету файлу формату «*.stl», а також його доопрацювання в ідеальний. З геометричних особливостей і форм лопаті, а також технічних характеристик 3D-принтеру визначено відсоток зменшення зразка для друку (на 75 % від оригінальних розмірів). За номінальними розмірами оригінальної деталі та зменшеного зразка встановлено поле допуску на розмір: 0.6 мм і 0.25 мм відповідно при 12 квалітеті точності виготовлення деталі. Контроль надрукованого зразка і порівняння з відповідно зменшеним ідеальним портретом виявили відхилення від –0.123 до +0.120 мм, що входить в визначене поле допуску на виготовлений зменшений зразок. Результати експериментальних досліджень підтвердили адекватність запропонованої методології прототипування деталей загального машинобудування та надали апробацію теоретичних засад для опукло-вгнутих деталей будь-яких великих розмірів шляхом використання пропорційного зменшення розмірів доопрацьованих портретів

Біографії авторів

Катерина Володимирівна Майорова, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, завідувач кафедри

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Олександра Олександрівна Капінус, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Вячеслав Володимирович Нікічанов, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Олександр Сергійович Скиба, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Аспірант

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Артем Сергійович Суслов, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут

Аспірант

Кафедра технології виробництва літальних апаратів

Посилання

  1. Javaid, M., Haleem, A., Pratap Singh, R., Suman, R. (2021). Industrial perspectives of 3D scanning: Features, roles and it’s analytical applications. Sensors International, 2, 100114. https://doi.org/10.1016/j.sintl.2021.100114
  2. Helle, R. H., Lemu, H. G. (2021). A case study on use of 3D scanning for reverse engineering and quality control. Materials Today: Proceedings, 45, 5255–5262. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.01.828
  3. Buonamici, F., Carfagni, M., Furferi, R., Governi, L., Lapini, A., Volpe, Y. (2017). Reverse engineering modeling methods and tools: a survey. Computer-Aided Design and Applications, 15 (3), 443–464. https://doi.org/10.1080/16864360.2017.1397894
  4. Maiorova, K., Sikulskyi, V., Vorobiov, I., Kapinus, O., Knyr, A. (2023). Study of a Geometry Accuracy of the Bracket-Type Parts Using Reverse Engineering and Additive Manufacturing Technologies. Lecture Notes in Networks and Systems, 146–158. https://doi.org/10.1007/978-3-031-36201-9_13
  5. Tretiak, O., Serhiienko, S., Zhukov, A., Gakal, P., Don, Y., Arefieva, M. et al. (2023). Peculiarities of the Design of Housing Parts of Large Direct Current Machines. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 17 (1). https://doi.org/10.4271/05-17-01-0005
  6. Tretiak, O., Kritskiy, D., Kobzar, I., Arefieva, M., Nazarenko, V. (2022). The Methods of Three-Dimensional Modeling of the Hydrogenerator Thrust Bearing. Computation, 10 (9), 152. https://doi.org/10.3390/computation10090152
  7. Ward, R., Sun, C., Dominguez-Caballero, J., Ojo, S., Ayvar-Soberanis, S., Curtis, D., Ozturk, E. (2021). Machining Digital Twin using real-time model-based simulations and lookahead function for closed loop machining control. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 117 (11-12), 3615–3629. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07867-w
  8. Pliuhin, V., Zaklinskyy, S., Plankovskyy, S., Tsegelnyk, Y., Aksonov, O., Kombarov, V. (2023). A digital twin design of induction motor with squirrel-cage rotor for insulation condition prediction. International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics, 14, 185–191. https://doi.org/10.17683/ijomam/issue14.22
  9. Sikulskyi, V., Maiorova, K., Shypul, O., Nikichanov, V., Tryfonov, O., Voronko, I., Kapinus, O. (2024). Algorithm for Selecting the Optimal Technology for Rapid Manufacturing and/or Repair of Parts. Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering - 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61415-6_3
  10. Lazarević, D., Nedić, B., Jović, S., Šarkoćević, Ž., Blagojević, M. (2019). Optical inspection of cutting parts by 3D scanning. Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications, 531, 121583. https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.121583
  11. Zong, Y., Liang, J., Pai, W., Ye, M., Ren, M., Zhao, J. et al. (2022). A high-efficiency and high-precision automatic 3D scanning system for industrial parts based on a scanning path planning algorithm. Optics and Lasers in Engineering, 158, 107176. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2022.107176
  12. Vorobiov, I., Maiorova, K., Voronko, I., Skyba, O., Komisarov, O. (2024). Mathematical models creation for calculating dimensional accuracy at the construction stages of an analytical standard using the chain method. Technology Audit and Production Reserves, 1 (1 (75)), 26–34. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.297732
  13. Saiga, K., Ullah, A. S., Kubo, A., Tashi. (2021). A Sustainable Reverse Engineering Process. Procedia CIRP, 98, 517–522. https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.01.144
  14. Maiorova, K., Kapinus, O., Skyba, O. (2024). Study of the features of permanent and usual reverse-engineering methods of details of complex shapes. Technology Audit and Production Reserves, 1 (1 (75)), 19–25. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.297768
  15. Durupt, A., Bricogne, M., Remy, S., Troussier, N., Rowson, H., Belkadi, F. (2018). An extended framework for knowledge modelling and reuse in reverse engineering projects. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 233 (5), 1377–1389. https://doi.org/10.1177/0954405418789973
  16. Montlahuc, J., Ali Shah, G., Polette, A., Pernot, J.-P. (2019). As-scanned Point Clouds Generation for Virtual Reverse Engineer-ing of CAD Assembly Models. Computer-Aided Design and Applications, 16 (6), 1171–1182. https://doi.org/10.14733/cadaps.2019.1171-1182
  17. Kyaw, A. C., Nagengast, N., Usma-Mansfield, C., Fuss, F. K. (2023). A Combined Reverse Engineering and Multi-Criteria Decision-Making Approach for Remanufacturing a Classic Car Part. Procedia CIRP, 119, 222–228. https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.02.133
  18. Loska, A., Palka, D., Bień, A., Substelny, K. (2022). A way of supporting the servicing of production machines using reverse engineering and 3d printing techniques. Technologia i Automatyzacja Montażu, 1, 28–36. https://doi.org/10.7862/tiam.2022.1.3
  19. Childs, P. R. N. (2019). Mechanical Design Engineering Handbook. Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/c2016-0-05252-x
  20. Stark, R. (2022). Major Technology 6: Digital Mock-Up – DMU. Virtual Product Creation in Industry, 273–304. https://doi.org/10.1007/978-3-662-64301-3_12
  21. Technical specifications. Artec Leo. Available at: https://www.artec3d.com/portable-3d-scanners/artec-spider#specifications
  22. Agoston, M. K. (2005). Springer Computer Graphics and Geometric Modeling. Springer-Verlag. https://doi.org/10.1007/b138805
  23. Langetepe, E., Zachmann, G. (2006). Geometric Data Structures for Computer Graphics. A K Peters/CRC Press. https://doi.org/10.1201/9780367803735
  24. Zhang, C., Pinquié, R., Polette, A., Carasi, G., De Charnace, H., Pernot, J.-P. (2023). Automatic 3D CAD models reconstruction from 2D orthographic drawings. Computers & Graphics, 114, 179–189. https://doi.org/10.1016/j.cag.2023.05.021
  25. Agarwal, P. K., Arge, L., Danner, A. (2006). From Point Cloud to Grid DEM: A Scalable Approach. Progress in Spatial Data Handling, 771–788. https://doi.org/10.1007/3-540-35589-8_48
  26. D Printer Creatbot F430. Available at: https://3ddevice.com.ua/en/product/3d-printer-creatbot-f430/
  27. Pajerová, N., Koptiš, M. (2024). Shape functions to scanner comparison. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 132 (7-8), 3889–3902. https://doi.org/10.1007/s00170-024-13520-z
  28. Sullivan, J. M. (2008). Curvatures of Smooth and Discrete Surfaces. Oberwolfach Seminars, 175–188. https://doi.org/10.1007/978-3-7643-8621-4_9
  29. Burns, M. (1993). Automated Fabrication: Improving Productivity in Manufacturing. Prentice Hall.
  30. Szilvśi-Nagy, M., Mátyási, Gy. (2003). Analysis of STL files. Mathematical and Computer Modelling, 38 (7-9), 945–960. https://doi.org/10.1016/s0895-7177(03)90079-3
Розробка методології прототипування опукло-вгнутих деталей за технологією реверс-інжинірингу з забезпеченням заданої геометричної точності їх виготовлення

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-21

Як цитувати

Майорова, К. В., Капінус, О. О., Нікічанов, В. В., Скиба, О. С., & Суслов, А. С. (2024). Розробка методології прототипування опукло-вгнутих деталей за технологією реверс-інжинірингу з забезпеченням заданої геометричної точності їх виготовлення. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1 (130), 112–120. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.308047

Номер

Том 4 № 1 (130) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Kateryna Maiorova, Oleksandra Kapinus, Viacheslav Nikichanov, Oleksandr Skyba, Artem Suslov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.