Исследование свойств и обоснование применения полимерного материала для 3D-печати корпуса маломерного судна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Полухин Павел Денисович

• Полухин Павел Денисович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Полухин Павел Денисович

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ НИХ МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ

1.1 Полимерные материалы, используемые при изготовлении корпусов маломерных судов

1.2 Свойства конструкционных полимерных материалов

1.3 Технологии изготовления корпусов маломерных судов из полимерных материалов

1.3.1 Технологии с применением стекло - и углепластика

1.3.2 Технологии с использованием 3Б-печати

1.4 Оборудование для 3Б-печати изделий

1.5 Выводы по главе

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПОСТРОЙКЕ МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ

2.1 Требования классификационных обществ к свойствам полимерных материалов

2.2 Методы испытаний полимерных материалов

2.3 Выбор полимерного материала для постройки маломерных судов. Технические требования к изготовлению образцов для испытаний

2.4 Моделирование образцов и расчет методом конечных элементов

2.5 Выбор маломерного судна, создание 3Б-модели и ее расчет методом конечных элементов

2.6 Оборудование, используемое при изготовлении образцов и модели маломерного судна

2.7 Оборудование, используемое при испытаниях образцов и модели маломерного судна

2.8 Методика определения характеристик водопоглощения образцов

2.9 Методика определения механических свойств образцов из полимерного материала

2.9.1 Испытания на сжатие

2.9.2 Испытания на растяжение

2.9.3 Испытания на ударный изгиб с определением ударной вязкости

2.9.4 Испытания на выносливость

2.10 Методика испытаний модели маломерного судна

2.11 Выводы по главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ

3.1 Определение характеристик водопоглощения

3.2 Определение ударной вязкости

3.3 Определение временного сопротивления сжатию

3.4 Определение временного сопротивления разрыву

3.5 Определение характеристик выносливости

3.6 Определение некоторых характеристик модели маломерного судна

3.7 Выводы по главе

4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАЛОМЕРНОГО СУДНА

4.1 Расчет основных параметров выбранного маломерного судна

4.2 Оборудование, применяемое при постройке маломерного судна

4.2.1 Описание 3Б-принтера

4.2.2 Описание экструдера

3

4.3 Экономическое обоснование технологического процесса постройки

маломерного судна

4.4 Технологический процесс постройки маломерного судна

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Протоколы испытаний образцов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Патент на полезную модель «Экструдер»

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акты внедрения разработки

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование свойств и обоснование применения полимерного материала для 3D-печати корпуса маломерного судна»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В соответствии со Стратегией развития судостроительной промышленности на период до 2035 года (утверждена распоряжением Правительства РФ от 28 октября 2019 года №2553-р) глава Ш.2 «Гражданское судостроение» в целях удовлетворения потребности внутреннего рынка до 2035 года необходимо строительство около 1640 судов рыбопромыслового флота. Для работы на мелководье в дельте реки Волга и северной части Каспийского моря широко используется рыбопромысловый флот, состоящий из маломерных судов (МС).

Судостроение исторически считается консервативной отраслью. Большой объем работ выполняется за счет ручного труда рабочих, что выливается в низкую степень автоматизации производства. Традиционные методы изготовления корпусных конструкций характеризуются низкой степенью компьютеризации, долгой перестройкой под новые проекты, большим количеством производственных отходов.

Тем не менее сейчас в производственные процессы всех отраслей промышленности внедряются новые материалы и производственные технологии. Особенно активно развиваются аддитивные технологии, такие как 3Б-печать с использованием полимерных материалов (ПМ).

Учитывая то, что в настоящее время ПМ широко используются для изготовления деталей в промышленности, в судостроении они еще широко не применяются, но по данным научных источников обладают физико-механическими свойствами, не уступающими традиционным судостроительным сталям. Предполагается, что если при печати судна на 3Б-принтере ввести в состав полимера волокна синтетического или натурального происхождения, то характеристики полученных методом 3Б-печати ПМ могут оказаться идентичными таковым для судостроительных сталей.

Известно, что к основным материалам, применяемым в судостроении

относят судостроительную сталь, деформируемые не упрочняемые

термообработкой сплавы системы А1-М^, стеклопластиковые материалы на

5

основе полимерной матрицы с армированием синтетическим волокном. Перспективным способом изготовления маломерных судов является использование аддитивных технологий, что практически устраняет трудоемкий ручной труд. Поэтому выбор оптимального материала, не уступающего по технологическим и механическим свойствам судостроительной стали, является актуальным, а технология изготовления из них корпусов маломерных судов - важной задачей.

Степень разработанности темы.

В качестве теоретической базы при проведении научно -исследовательской работы были приняты труды по технологии изготовления маломерных судов с использованием аддитивных технологий А.В. Дектярева, М. Алсаида, по технологии изготовления маломерных судов В.М. Перегудова, М.М. Аливагабова, по технологии изготовления корпусных конструкций с использованием аддитивных технологий Р.С. Загидуллина, А.В. Чабаненко, по технологии изготовления авиационных изделий с применением ПМ Ю.О. Бахвалова, А.А. Смердова, по технологии проведения испытаний ПМ А.Ф. Косолапова, А.Б. Бондарева, Д.А. Бондаренко, а также работы Г.И. Русских, И.В. Малкова, R.W. Appleton, J.D. Strickland, в области аддитивных технологий в целом и работы И.А. Гущина, .J. Mackley, M.E. Kenney в области 3D-печати в частности.

Объект исследования - корпус маломерного судна из полимерного материала.

Предмет исследования - технология изготовления корпуса маломерного судна методом SD-печати.

Цель работы - обосновать возможность применения полимерного материала для уменьшения трудоемкости изготовления корпуса маломерного судна методом SD-печати.

Задачами исследования являются:

1. Провести анализ использования полимерных материалов для изготовления из них корпуса маломерного судна методом SD-печати.

2. Выполнить экспериментальные исследования для определения физико-механических свойств выбранного полимерного материала для изготовления корпуса маломерного судна методом 3Б-печати.

3. Разработать 3Б-модель маломерного судна с целью определения прочностных характеристик корпуса по результатам исследования физико-механических свойств материала.

4. Разработать и предложить конструкцию 3Б-принтера для изготовления на нем корпуса маломерного судна.

5. Разработать технологию изготовления корпуса маломерного судна.

Научная новизна заключается в установлении физико-механических

характеристик акрилонитрилбутадиенстирола (АВБ-пластика) при статическом, динамическом и циклическом нагружениях при его использовании применительно к постройке корпуса маломерного судна; в предложении конструкции экструдера, защищенную патентом РФ; в установлении закономерностей физико-механических свойств АВБ-пластика в зависимости от степени заполнения; в сопоставлении физико-механических свойств ПМ полученных экспериментально с аналогичными характеристиками, рассчитанными методом конечных элементов.

Теоретическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:

1. Расширено знание о физико-механических свойствах полимерных материалов и их использовании для изготовления корпусов маломерных судов.

2. Углублены представления о конструкциях 3Б-принтеров, используемых в судостроении для изготовления корпусов судов.

3. Выявлены особенности напряженного состояния корпуса судна из ПМ с учетом действующих во время его эксплуатации нагрузок методом конечных элементов (МКЭ), что позволит проектировать суда из полимерного материала другого класса и назначения.

Практическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке технологии изготовления корпуса маломерного судна методом 3Б-печати. Результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «АГТУ») при подготовке бакалавров и магистров по направлениям 26.03.02 и 26.04.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», приняты к сведению Астраханским судоремонтным заводом - филиалом ОАО «ЦС «Звездочка». Результаты исследования могут быть применены для серийного изготовления МС методом 3Б-печати для рыболовецких хозяйств и туристических баз Астраханской области.

Методология и методы исследования.

В диссертационном исследовании используются методы, базирующиеся на основных законах и понятиях материаловедения и технологии конструкционных материалов, общепринятой методики проведения технических измерений, методике проведения статических, динамических и циклических испытаний по положениям сопротивления материалов. Проводилась обработка экспериментальных данных методами математической статистики. В работе использованы методики, регламентированные ГОСТ 4651-2014, ГОСТ 4647-2015, ГОСТ 20869-75, ГОСТ 34370-2017, технические требования классификационных сообществ РМРС, РКО и ГИМС.

Эксперименты проводились в лабораториях кафедр «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» и «Общеинженерные дисциплины и наземный транспорт» ФГБОУ ВО «АГТУ», лаборатории ЗАО «Центр по испытаниям, внедрению, сертификации продукции, стандартизации и метрологии» (аттестат на соответствие требованиям ГОСТ КОЛЕС 17025-2019 от 30.06.2022) и в лаборатории по изучению износов и испытаниям материалов (свидетельство о признании РМРС №25.03.02.03939.141 от 31.07.2025 и свидетельство о признании РКО №10855

от 01.07.2025) на базе Каспийского института морского и речного транспорта имени генерал-адмирала Ф.М. Апраксина - филиала Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Волжский государственный университет водного транспорта».

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности изменения свойств ABS-пластика от степени заполнения.

2. Конструкция SD-принтера и экструдера для изготовления МС.

3. Технологический процесс изготовления корпуса МС из ПМ.

Степень достоверности работы подтверждает применение в

исследовании апробированных методик определения физико-механических свойств полимерных материалов; в проведении испытаний в аккредитованных лабораториях, имеющих действующее признание классификационных обществ; в использовании поверенного и калиброванного оборудования и инструментов, что подтверждается соответствующими актами; в установлении погрешности определения физико-механических свойств экспериментально и расчетом МКЭ.

Личный вклад автора.

В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с научным руководителем, доцентом А.Р. Рубаном. При этом автору принадлежат: постановка научно-исследовательских задач и их решение, разработка алгоритма исследования, получение результатов экспериментальных исследований и их обработка, основные выводы и рекомендации.

Апробация результатов исследований.

Результаты исследования были представлены на российских и международных научных конференциях, форумах, семинарах: открытый разговор «Смотрим за горизонт!» VII Международного рыбопромышленного форума (VII Global Fishery Forum & Sea-food Expo 2024) при участии ведущих профильных специалистов России, включая руководителя Федерального

агентства по рыболовству И.В. Шестакова (17-19 сентября 2024 г., г. Санкт-Петербург); финальный отбор грантового конкурса «Студенческий стартап» (сентябрь 2024 г.) и финальный отбор грантового конкурса «УМНИК» (20212023 гг.) - программ ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Фонд содействия инновациям); ежегодные научные конференции НПР АГТУ (2023-2025 гг.); ежегодные научные конференции студентов и молодых ученых АГТУ (2021-2023 гг.); заседание научного семинара кафедры «Эксплуатация водного транспорта и промышленное рыболовство» ФГБОУ ВО «АГТУ» (23.04.2025); заседание научно-технического семинара «Ресурсосберегающие технологии в судовой энергетике», проведенного в рамках Национальной научно-практической конференции «Морские технологии: проблемы и решения - 2025» (22.04.2025).

Публикации.

Основные научные результаты исследования отражены в 11 работах, из которых 3 статьи - в рецензируемых научных изданиях, отнесенных к категориям К-1/К-2, входящих в текущий Перечень ВАК, в том числе 1 статья - в научном издании, индексируемом международными базами данных («Web of Science»); 1 патент РФ на изобретение; 1 свидетельство РФ на полезную модель; 6 публикаций в сборниках трудов российских и международных конференций. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат: [43, 81, 82, 90, 91, 123] - 60%; [95] - 80%; [83, 84] - 100%.

Структура и объем диссертации.

Диссертация на 158 страницах состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и списка литературы из 132 наименований. Основной материал изложен на 122 страницах, содержит 78 рисунков и 25 таблиц, 3 приложения.

Соответствие паспорту научной специальности.

Содержание диссертации соответствует пункту 26 «Разработка прогрессивных технологических процессов на основе использования новых

физических явлений, обеспечивающих повышение качества продукции и производительности труда», а также частично пунктам 4 «Теоретические основы создания отдельного технологического оборудования, включая автоматизированное, и поточных линий специализированных участков изготовления деталей корпуса судна и судовых систем, узлов и секций корпуса судна и т.п.» и 15 «Физико-химические процессы и условия нагружения, влияющие на работоспособность материалов и изделий» паспорта научной специальности 2.5.19. «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства».

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗ НИХ МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ

В настоящее время все масштабнее идет освоение аддитивных технологий применительно к различным областям промышленности. Общая тенденция такова, что изготовление деталей со сложной геометрией аддитивными методами позволяет уменьшить стоимость производства и увеличить прочность изделия относительно использования классических производственных методов [10, 20]. Немаловажным фактором является возможность без лишних затрат изготовить масштабную модель изделия для натурных испытаний перед изготовлением полномасштабного прототипа при наличии 3Б-модели разработки [24]. Аддитивные технологии широко применяются в мелкосерийном производстве различных производственных отраслей, так как позволяют быстрее перейти от этапа проектирования к этапу постройки [21, 22, 23].

Так, 3Б-печать активно применяется в аэрокосмической отрасли при изготовлении моделей летательных аппаратов для использования их в натурных испытаниях [36, 42]. Некоторые запчасти к уже выпущенным ранее моделям самолетов на данный момент можно изготовить только методами реверс-инжиниринга, основными инструментами которого на данный момент являются моделирование или 3Б-сканирование и последующая печать изделий [38].

В машиностроении с применением аддитивных технологий изготавливают сложные крепления, корпуса приборов и литейные формы [59, 102]. Уже на данный момент некоторые детали механизмов быстрее и дешевле изготовить на предприятии с помощью 3Б-печати, чем заказывать их на профильном производстве, особенно в случае мелкосерийного производства и ремонтных нужд [11, 27].

3Б-печать находит применение в архитектуре и строительстве при изготовлении макетов зданий и создании малых архитектурных форм. Помимо

этого, развиваются технологии постройки зданий с использованием SD-печати бетонными смесями [37].

Этот процесс затрагивает в том числе и такую консервативную отрасль, как судостроение. Ряд крупных компаний, таких как Wаrtsilа, Ivaldi Group Inc., Wilhelmsen и др., уже используют аддитивные технологии [85] при производстве или ремонте судов, судовых систем и механизмов.

1.1 Полимерные материалы, используемые при изготовлении корпусов маломерных судов

В последние десятилетия с каждым годом увеличивается доля пластиков в производстве изделий машиностроения. Вместе с новыми материалами пришли и новые технологии изготовления - так называемые «аддитивные технологии», смысл которых заключается в послойном наращивании и синтезе объектов. Наибольшее распространение за счет высокой степени автоматизации и широкому спектру возможностей в наше время получила технология SD-печати. Это в свою очередь привело к развитию материалов, наиболее удобных для нового вида производства - полимерных пластиков, о которых далее пойдет речь.

Многие используемые для SD-печати полимерные пластики имеют ряд сходств, например, почти все они гидрофильны. При этом при процессе печати крайне нежелательно присутствие воды в пластике (ее пузырьки вскипают и лопаются с характерным звуком, что ухудшает качество отпечатанной модели), поэтому необходимо держать материал для печати в сухом месте. Также многие пластики имеют высокую усадку, что означает, что при несоблюдении необходимого температурного режима во время печати модель деформируется и слои плохо ложатся друг на друга, а это, опять же, ухудшает качество отпечатанной модели. К положительным свойствам всех пластиков можно отнести высокую удельную прочность и, конечно же, их дешевизну по сравнению с любым другим конструкционным материалом (рисунок 1.1). Рассмотрим свойства наиболее распространенных материалов, используемых

в SD-принтерах, работающих по технологии FDM (моделирование методом послойного наплавления) и возможность их применения в машиностроении и судостроении [96].

Современные пластики

I ir

Используемые для машиностроения н судостроения Используемые для изделий широкого профиля Вспомогательные материалы

■ ASA ■ РА ■ РЕЕК ■ PEI • PC ■ РММА ■ РР • ABS • PLA • PETG • TPU • PVA ■ BVOH ■ HIPS

Рисунок 1.1 - Современные полимерные пластики

ABS (акрилонитрилбутадиенстирол) - один из самых распространенных

материалов для SD-печати. Благодаря своим прочностным свойствам очень

часто используется при печати функциональных прототипов. Недостатком

материала является, прежде всего, необходимость обеспечить стабильный

температурный режим при печати, а также обеспечить достаточно прочную

клейкую поверхность рабочего стола, поскольку ABS отличается большой

усадкой. Доступен в очень широком диапазоне цветов, но цветные красители

влияют на изменения прочностных свойств и качества готовых печатных

моделей. ABS растворим в ацетоне, что делает возможным его использование

в качестве вспомогательного поддерживающего материала. Также обладает

достаточно низкой плотностью. Преимущества материала: дешевизна,

высокая термостойкость, неплохая прочность, высокая ударная вязкость. К

недостаткам можно отнести: высокую усадку, требовательность к

температурному режиму, низкую стойкость к истиранию, потерю

прочностных свойств под воздействием температуры, а также то, что пары

14

расплавленного ABS токсичны и имеют неприятный запах [74]. Как следствие всего вышеперечисленного, можно сказать, что материал обладает низкой возможностью применения в машиностроении и судостроении за пределами моделирования.

ASA (акрилонитрилстиролакрилат) - по основным свойствам почти ничем не отличается от ABS. Его особенностью является устойчивость к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям. Модели из ASA можно использовать везде, где есть контакт с плохими погодными условиями, будь то дождь, ветер, минусовые температуры или воздействие солнечных лучей. Еще одно преимущество ASA - высокая ударная вязкость при минусовых температурах, в отличие от ABS, который при охлаждении становится хрупок [9]. Данный материал возможно использовать для изготовления надстроек и корпусов механизмов, работающих в агрессивных погодных условиях.

PLA (полилактид) - один из основных материалов, используемых в SD-печати. PLA отличается простотой в печати и достаточными для большинства элементов-прототипов, особенно декоративных, прочностными характеристиками [46]. Для производства механизмов практически непригоден, но может быть использован в отделке кают.

PETG (полиэтилентерефталат + гликоль) - как и PLA, PETG - еще один достаточно популярный материал. Он характеризуется немного лучшими прочностными характеристиками (особенно твердостью) по сравнению с PLA, а также лучшей термо- и химической стойкостью. PETG доступен в очень широкой цветовой гамме [9]. Аналогично практически непригоден для производства механизмов, но может быть использован в качестве материала для изготовления мебелировки.

PA (полиамид/нейлон) - технический материал с очень хорошими прочностными характеристиками. Один из самых прочных доступных материалов. Характеризуется высокой химической стойкостью и термостойкостью, очень хорошими механическими свойствами, высокой стойкостью к истиранию. К недостаткам можно отнести: высокую усадку и

влагопоглощение (что вытекает в сложность в печати), низкую устойчивость к ультрафиолетовому излучению и токсичность его паров [9, 74]. В целом, так как материал обладает хорошими прочностными характеристиками, его использование на судах и в механизмах возможно, но желательно в условиях, при которых на него не будут попадать прямые солнечные лучи.

PEEK (полиэфирэфиркетон) - технический материал с очень высокими прочностными свойствами и высоким химическим сопротивлением. Это наиболее механически прочный материал, доступный для печати по аддитивной технологии (FDM). Также он обладает очень высокой термостойкостью (по заявлениям некоторых производителей - до 350 °C). PEEK доступен как в чистом виде, так и в вариантах, усиленных углеродным волокном или стекловолокном. Его характерными недостатками являются: «капризность» в печати из-за очень высокой усадки и влагопоглощения, очень высокая стоимость, токсичность паров [9]. Хотя материал очень хорош по всем эксплуатационным характеристикам, его цена делает целесообразным его использование в основном для ответственных деталей.

PEI (полиэфиримид / ULTEM) - технический материал с очень высокой механической прочностью и хорошими химическими свойствами. В целом, он чуть хуже PEEK по всем характеристикам, но при этом проще в печати и дешевле, при этом его почти невозможно поджечь [74]. Все вышеперечисленное делает его достаточно привлекательным материалом для машиностроения и судостроения, к тому же PEI на данный момент широко используется в авиации и дроностроении.

PC (поликарбонат) - технический материал с очень хорошими прочностными характеристиками. Он отличается высокой ударной вязкостью и жесткостью. Поликарбонат имеет две характерные особенности: он достаточно прозрачен и почти абсолютно негорюч [9], что позволяет использовать его в различных танках и цистернах, в том числе масляных и топливных. Недостатки материала: высокая усадка, высокое влагопоглощение.

PMMA (полиметилметакрилат / Plexi) - высокопрозрачный технический материал. Он характеризуется устойчивостью к погодным условиям и способностью хорошо пропускать солнечные лучи. При этом сложнее в печати и дороже, чем PC [46]. Соответственно, может использоваться в смотровых окошках для танков и иллюминаторах.

PP (полипропилен) - технический материал, характеризующийся очень высокой химической стойкостью, особенно при обычной комнатной температуре, и высокой гибкостью. Прост в печати, но легко воспламеняется [4, 9]. Может быть использован для создания гибких водяных или воздушных шлангов, рукавов и соединений.

TPU (термопластичный полиуретан) - гибкий материал, используется для производства элементов прототипа, которые должны обладать определенной подвижностью. Обладает высокой термо- и химической стойкостью, прост в печати, однако прочностные свойства материала [74] оставляют желать лучшего, что ограничивает его использование в механизмах.

PVA (поливиниловый спирт) - популярный вспомогательный материал. Он растворяется в воде, что позволяет печатать модели со сложной геометрией или такие, где удаление печатных опор с основного материала невозможно из-за невозможности доступа для инструментов. Недостаток PVA - высокое влагопоглощение [46].

BVOH (высокоэффективный сополимер винилового спирта) -популярный вспомогательный материал. Как и PVA, BVOH растворяется в воде, но быстрее и лучше. BVOH также очень легко печатать по сравнению с обычным PVA. Недостатком является довольно высокая цена материала [74].

HIPS (ударопрочный полистирол) - вспомогательный биоразлагаемый материал с прочностными свойствами, аналогичными ABS, характеризующийся высокой ударной вязкостью. Из-за требований к среде печати, аналогичных ABS, он чаще всего используется в качестве растворимого материала подложки для печати из ABS [9].

1.2 Свойства конструкционных полимерных материалов

Согласно правилам классификации и постройки морских судов [70, 71], которые ссылаются на ГОСТы, американские и французские стандарты, европейские нормали и рекомендации ассоциации поставщиков современных композитных материалов, к основным требованиям к пластикам, используемым в судостроении, относят: плотность; относительное содержание связующего; модуль нормальной упругости; коэффициент Пуассона и предельное относительное удлинение; максимальное напряжение при растяжении, сжатии, изгибе, межслойном сдвиге; предел ограниченной выносливости при растяжении, сжатии, изгибе и межслойном сдвиге; предел долговременной прочности и т.д. Эти и некоторые другие свойства наиболее часто используемых в промышленности пластиков приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 - Физические свойства ПМ

Характеристики ЛВБ РЬЛ РЕШ РС

Температура плавления, °С 175...210 175.180 222.225 300

Температура размягчения, °С 100 50 80 127

Твердость(по Роквеллу/Шору) R105...R110 R70...R90 Ю06 Б82

Относительное удлинение при разрыве, % 6% 3,8% 50% 4,8%

Плотность, г/см3 1,1 1,23.1,25 1,3 1,2

Прочность на изгиб, МПА 41 55,3 76,1 89

Прочность на разрыв, МПа 22 57,8 36,5 57

Модуль упругости при растяжении, ГПа 1,6 3,3 2,6 1,95

Модуль упругости при изгибе, ГПа 2,1 2,3 1,12 1,8

Ударная вязкость, кДж/м2 22 60,36 8 10.20

Таблица 1.2 - Технологические свойства ПМ

Характеристики ABS PLA PETG PC

Температура эксплуатации изделий, °С -40.. .+80 -20...+40 -40.+70 -40.+120

Температура стеклования, °С 105 60.65 80 161

Точность печати, % ±1% ±0,1% ±0,1% ±6%

Усадка при изготовлении изделий, % до 0,8% нет нет 3%

Влагопоглощение, % 0,45% 0,2.0,4% 0,12% 0,2%

Температура экструзии, °С 210.245 190.230 215.245 270.310

Температура стола, °С 90.120 20.60 20.80 100.120

Межслойная адгезия средняя хорошая очень хорошая хорошая

Адгезия к столу средняя хорошая средняя низкая

На рисунке 1.2 приведено сравнение основных физических свойств ПМ в виде гистограммы для удобства визуализации.

so 70

ABS PLA PETO PC

■ Удс/шная ударная вягкость материалов. кДжАг ■ Предел тякучестн при 23 аС. МП а * Предел прочности. МПа ■ Огвоскгельноеудлинение при разрыве, %

Рисунок 1.2 - Сравнение физических свойств ПМ

По результатам сравнения видно, что пластик PLA имеет лучшие физические свойства, однако использование его для изготовления корпусных конструкций судов представляется невозможным, так как на него негативно влияет температура более 50°С и водная среда.

Несмотря на вышеизложенное, практически отсутствуют точные сведения о многих прочностных характеристиках ПМ. Поэтому, чтобы выбрать оптимальный материал и определить необходимую технологию изготовления корпусных конструкций судов, необходимо провести экспериментальные исследования для оценки характеристик пластиков на большом числе образцов.

1.3 Технологии изготовления корпусов маломерных судов из полимерных материалов

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Полухин Павел Денисович, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ЭБ-принтер SL-1001 «БЕГЕМОТ» / ООО «АМТ Спецавиа». URL: https://specavia.pro/catalog/fdm-printery-big-size/fdm-printer-bolshogo-formata-3d-sd-1001-begemot/ (дата обращения: 15.06.2025).

2. ЭБ-принтер The Box Extra-Large / BLB Industries. URL: https://bestfilament.ru/3d-printer-blb-industries-the-box-extra-large/ (дата обращения: 15.06.2025).

3. Аврух М. Г. Проектирование судов из пластмассы : монография. -Ленинград : Судостроение, 1960. - 340 с.

4. Александров В. Л. и др. Технология судостроения : учебник для студентов направления «Кораблестроение и океанотехника». - Санкт-Петербург : Профессия, 2003. - 341 с. - ISBN 5-9Э91Э-04Э-7.

5. Антонов В. В., Романов В. В. Маломерные суда на водоемах России : учебное пособие. - Москва : Водный путь, 2012. - 372 с. : ил.; мягк. обл.; А4. - ISBN 5-89560-020-4.

6. Багмутов В. П. Особенности построения единой структурной модели упругопластического деформирования слоистых волокновых композитов при статическом и циклическом нагружении // Известия Волгоградского государственного технического университета. - 2005. - № 3. -С. 90-96.

7. Балашова Е. С., Счисляева Е. Р. Экономика судостроения : учебник для вузов. - Москва : Издательство Юрайт, 2025. - 277 с. - (Высшее образование). - ISBN 978-5-5Э4-10224-6. - Текст : электронный // Образовательная платформа Юрайт [сайт]. - URL: https://urait.ru/bcode/565502 (дата обращения: 17.08.2025).

8. Березовский, Ф.М. Неметаллические материалы в судоремонте и методы их переработки. - Новороссийск: МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова, 1999. -183 с.

9. Виды пластика для 3D принтера / «Цветной Мир» - интернет-

магазин 3Б-принтеров и оборудования. URL:

125

https://cvetmir3d.ru/blog/poleznoe/vidy-plastika-dlya-3d-printera/ (дата

обращения: 15.06.2025).

10. Внедрение аддитивных технологий в кораблестроение: опыт «Вымпел» и «Тоталзед» // Additiv-tech.ru. - 2024. - 19 нояб. - URL: https://additiv-tech.ru/news/kak-kompaniya-askon-vnedryala-otechestvennye-additivnye-tehnologii-v-korablestroenii.html (дата обращения: 03.08.2025).

11. Воротников А. Е., Андреев К. Г. Применение технологий 3D-печати в судостроении и ремонте судов // Наука и практика - 2024 : материалы Всероссийской междисциплинарной научной конференции, Астрахань, 18-23 ноября 2024 года. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2024. - С. 380-381.

12. ГОСТ 11262-2017 (ISO 527-2:2012). Пластмассы. Метод испытания на растяжение. / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва : Стандартинформ, 2018. - 24 с.

13. ГОСТ 166-89. Штангенциркули. Технические условия / Государственный комитет СССР по стандартам. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 1999. - 4 с.

14. ГОСТ 34370-2017. Пластмассы. Определение механических свойств при растяжении. / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва : Стандартинформ, 2018. - 27 с.

15. ГОСТ 20869-75. Пластмассы ячеистые жесткие. Метод определения водопоглощения / Государственный комитет СССР по стандартам. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2000. - 4 с.

16. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость / Государственный комитет СССР по стандартам. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 2000. - 25 с.

17. ГОСТ 4647-2015 (ISO 179-1:2010). Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - М.: Стандартинформ, 2017. -24 с.

18. ГОСТ 4651-2014 (ISO 604:2002). Пластмассы. Метод испытания на сжатие / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва : Стандартинформ, 2014. - 19 с.

19. ГОСТ Р ИСО 8666-2012. Суда малые. Основные данные. Дата введения: 1.01.2013. - Москва : Стандартинформ, 2014. - 22 с.

20. Гринадеров, В. Ю. Аддитивные технологии для изготовления судовой арматуры // Судостроение. - 2023. - № 4(869). - С. 54-57.

21. Дектярев А. В., Гришин П. Р., Морозов В. Н. Анализ применяемости элементов объектов морской техники к аддитивному производству и их дальнейшие перспективы развития. Часть 2 // Материалы VII Международного Балтийского морского форума. - Калининград, 2019. -С. 111-118.

22. Дектярев А. В., Зобов П. Г. Технология изготовления корпуса маломерного судна методами аддитивного производства // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. - 2022. - Т. 14 (4). - С. 571-582.

23. Дектярев А. В., Зобов П. Г., Гришин П. Р., Морозов В. Н. Анализ применяемости элементов объектов морской техники к аддитивному производству и их дальнейшие перспективы развития (Часть 3) // Материалы IX Международного Балтийского морского форума. - Калининград, 2021. -С. 104-116.

24. Дектярев А. В., Зобов П. Г., Николаев И. И. и др. Опыт применения 3Б-печати в судомоделизме при исследовании буксировочного сопротивления маломерного судна в условиях опытового бассейна // Известия КГТУ. - 2019. -№ 54. - С. 166-177.

25. Дектярев А. В., Морозов В. Н., Яфасов А. Я. Аддитивные технологии в судостроении: тенденции и правовое регулирование // Морские интеллектуальные технологии. - 2019. - Т. 4, № 4(46). - С. 38-49.

26. Дектярев А. В., Романюта Д. А., Гришин П. Р. и др. Исследование физико-механических характеристик элементов судовых корпусных

конструкций на примере судовых пластин в условиях аддитивного промышленного производства // Автоматизация в промышленности. - 2019. -№ 7. - С. 37-39.

27. Дектярев А. В., Товпинец А. О., Гришин П. Р. и др. Сравнительный анализ физикомеханических характеристик материалов аддитивного производства с традиционными методами литья как возможность применения 3D-печати в ремонтных работах на борту судна в рейсе в условиях Арктической зоны // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2020. -№ 2. - С. 41-48.

28. Дектярев А. В., Морозов В. Н. Аддитивные технологии в судостроительной промышленности и перспективы их развития // Морские интеллектуальные технологии. - 2017. - № 4-2(38). - С. 76-82.

29. Дектярев А. В., Морозов В. Н. Анализ применяемости элементов объектов морской техники к аддитивному производству и их дальнейшие перспективы развития // Балтийский морской форум : материалы VI Международного Балтийского морского форума, в 6 томах, Калининград, 0306 сентября 2018 года. Том 2. - Калининград : Калининградский государственный технический университет, 2018. - С. 117-127.

30. Дектярев А. В. Нормативно-техническое обеспечение аддитивных технологий в судостроении // Морской вестник. - 2024. - № S1(17). - С. 3537.

31. Дектярев А. В., Морозов В. Н. Технико-экономическое обоснование внедрения аддитивных технологий в отечественную судостроительную промышленнось // Hypothesis. - 2018. - № 3(4). - С. 15-24.

32. Дектярев А. В. Технология изготовления корпуса маломерного судна методами 3D-печати : дис. ... канд. техн. наук : 2.5.19. / Дектярев Александр Владимирович ; КГТУ. - Калининград, 2022. - 186 с.

33. Дорохов А. Ф., Абачараев М. М. Аддитивные технологии в производстве корабельной энергетики // Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. - 2015. - № 2. - С. 42-47.

34. Дятченко С. В., Иванов А. П. Технология изготовления корпусов судов из полимерных композиционных материалов : учебное пособие. -Калининград : ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2007. - 156 с.

35. Ермолаев М. А. Аддитивные технологии в судостроении // Морской вестник. - 2021. - № 3(79). - С. 85.

36. Ессеев М. В. Архангельске зарегистрированы новые материалы для 3D-печати в судостроении и судоремонте // Корабел.ру. - 2023. - 14 дек. -URL: https://www.korabel.ru/news/comments/v_arhangelske_ zaregistrirovali_novye_materialy_dlya_3d-pechati_v_sudostroenii_i_sudoremonte .html (дата обращения: 03.08.2025).

37. Жуков А. С., Барахтин Б. К., Вознюк А. В.Применение аддитивных технологий создания конструкционных материалов на базе Наноцентра НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» // Материаловедение. -2018. - № 6. - С. 11-15.

38. Жинкин, В. Б. Теория корабля. Ходкость судна : [методическое пособие для проведения практических занятий по дисциплине "Теория корабля" для специальности 1-37 03 02 "Кораблестроение и техническая эксплуатация водного транспорта"] / В. Б. Жинкин, И. В. Качанов, И. Е. Товстых ; Белорусский национальный технический университет, Кафедра "Гидравлика". - Минск : БНТУ, 2009. - 53 с.

39. Зобов П. Г., Шишкина А. В. Стандартизация аддитивных технологий - текущее состояние и перспективы // Арктические исследования: от экстенсивного освоения к комплексному развитию : материалы III Международной молодежной научно-практической конференции, Архангельск, 26-28 апреля 2022 г. - Северодвинск : Северный (Арктический) университет им. М. В. Ломоносова, 2022. - С. 445-449.

40. Зобов П. Г. Опыт применения аддитивных технологий на судостроительном предприятии // Актуальные вопросы инновационного развития Арктического региона РФ : сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции, Северодвинск, 16-30 ноября 2020 года /

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования, Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова. - Северодвинск : Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, 2021. - С. 96-105.

41. Иванов А. П., Дятченко С. В. Ремонт корпусных конструкций с применением полимерных материалов: учебное пособие. - Калининград : ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2005. - 180 с.

42. Использование полимерных материалов в системе оперативного ремонта судового оборудования / В. С. Котов, Р. К. Резникова, А. А. Коростелев, В. В. Барсков // Судостроение. - 2022. - № 5(864). - С. 50-53.

43. Исследование прочности на сжатие элементов корпуса судна, полученных методом 3D-печати / П. Д. Полухин, А. Р. Рубан, Г. А. Кушнер, Д. А. Волков // Морские интеллектуальные технологии. - 2022. - № 4-1(58). - С. 75-81.

44. История предприятия / Акционерное общество «Средне -невский судостроительный завод». - URL: https://snsz.ru/O-kompanii/Istroiya-predpriyatiya (дата обращения: 15.06.2025).

45. Каталог комплектующих к станкам с ЧПУ / ООО «ЧПУ Технологии». - URL: https://cnc-tehnologi.ru/komplektuyushchie-k-chpu (дата обращения: 15.06.2025).

46. Каталог пластика для 3Б-печати / «Bestfilament» производитель 3Б-пластика. - URL: https://bestfilament.ru/category/plastik-Bestfilament/ (дата обращения: 15.06.2025).

47. Катков П. П., Кушелев В. В. Технология пластмассового судостроения. - Ленинград : Судостроение, 1986. - 216 с.

48. КГНЦ и судостроительный завод «Вымпел» напечатали первую в России модель яхты на 3D-принтере // Paluba.media. - 25.07.2024. - URL: https://paluba.media/news/79293 (дата обращения: 10.08.2025).

49. Киселева А. Е. Применение аддитивных технологий при решении конструкторских задач в судостроении // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. - 2017. - № 48-49. - С. 84-88.

50. Кодекс внутреннего водного транспорта Российской Федерации [принят Государственной Думой 7 февраля 2001 года, одобрен Советом Федерации 22 февраля 2001 года]. Текст электронный // КонсультантПлюс. -URL: http://www.consultant.ru/document/cons_ doc_LAW_30650/ (дата обращения: 15.06.2025).

51. Кожаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность : справочник. - Москва : Машиностоение, 1985. - 223 с.

52. Кожушняк А. И., Рахман Л. С., Максимов Ю. В. Постройка пластмассового судна. - Ленинград : Судостроение, 1966. - 172 с.

53. Колызаев Б. А. Справочник по проектированию судов с динамическими принципами поддержания. - Москва : Рипол Классик, 1980.

54. Конструктивно-технологический анализ ремонта системы вентиляции на примере крыльчатки охлаждения двигателя методами 3D-печати / А. В. Дектярев, П. Р. Гришин, А. В. Пчелинцев, В. Н. Морозов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. -2020. - № 58-59. - С. 64-70. - EDN YCTWTX.

55. Корягин С. И., Шарков О. В., Великанов Н. Л. Напряженное состояние полимерных покрытий судовых конструкций переменной жесткости // Морские интеллектуальные технологии. - 2020. - № 1-1. -С. 55-59.

56. Костылев А. А. Опыт применения аддитивных технологий в судостроении на примере использования установки прямого лазерного выращивания // Новые технологии в судостроении : сборник трудов отраслевой научно-технической конференции, Санкт-Петербург, 22 ноября 2022 года / сост.: А. А. Калиниченко, А. Н. Кириллов, В. К. Ханухов ; АО

«Центр технологии судостроения и судоремонта». - Санкт-Петербург : Центр технологии судостроения и судоремонта, 2022. - С. 81-84.

57. Котов В. С. Опыт применения аддитивных технологий в мировом судостроении // Судостроение. - 2020. - № 6(853). - С. 34-37.

58. Красильникова О.А., Кольчурин А.И. Применение полимерных конструкционных материалов в судостроении // European Research. - 2016. -№ 5. - С. 22-24.

59. Кудинов О. Б., Латушкин А. А. Применение аддитивных технологий в морском приборостроении // Комплексные исследования Мирового океана : материалы IV Всероссийской научной конференции молодых ученых, Севастополь, 22-26 апреля 2019 года. - Севастополь : Морской гидрофизический институт РАН, 2019. - С. 363-364.

60. Кузнецов П. А. Аддитивное производство - эпоха инноваций // Стандарты и качество. - 2015. - № 6. - С. 94-96.

61. Кутейников М. А., Никонов С. А., Сурикова И. А. Нормирование усталостной прочности и алгоритмизация процесса оценки усталостной долговечности судов // Труды Крыловского государственного научного центра. - 2020. - Спецвыпуск 2. - С. 89-96.

62. Лобушко Е. Ю. Эффективность и внедрение 3D-печати в судостроение // Современные вызовы транспортной отрасли: новые возможности : материалы межвузовской научно-практической конференции транспортных вузов, Санкт-Петербург, 20-21 февраля 2025 года. - Москва : Дашков и К, 2025. - С. 147-150.

63. Ляпков А. А., Троян А. А. Полимерные аддитивные технологии : учебное пособие для вузов. - Санкт-Петербург : Лань, 2022. - 120 с. - ISBN 978-5-8114-8708-0.

64. Маломерное судостроение / Закрытое акционерное общество «Пелла-Фиорд», ОАО «Судостроительный завод «Пелла». - URL: https://pellafiord.ru/products_cat/malomernoe-sudostroenie/ (дата обращения: 15.06.2025).

65. Марат Ессеев и др. Внедрение аддитивных технологий в судоремонте: новые материалы и методики // Новостная статья, ТАСС / Korabel.ru, февраль 2024. - Разработка порошков зарегистрирована в Морском регистре, применена для винторулевых колонок и деталей судов.

66. Масликова Е. И. Материаловедение. Неметаллические материалы : учебное пособие. - Санкт-Петербург : Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - (электр. публ. 2020). - DOI: 10.18720/SPBPU/2/si20-7.

67. Маталин А. А. Технология машиностроения : учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты». - Ленинград : Машиностроение,. Ленингр. отделение, 1985. -512 с.

68. Методика усталостных испытаний : справочник / Л. М. Школьник. -Москва : Металлургия, 1978 - 304 с.

69. Министерство транспорта Российской Федерации. Правила государственной регистрации судов [утверждены приказом Минтранса России от 26 сентября 2001 г. № 144] // КонсультантПлюс. - URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34050/69633ac45c48726117 9e83616ce0417d16a36235/ (дата обращения: 15.06.2025).

70. НД № 2-020101-174. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Часть XIII. Материалы. -Санкт-Петербург, 2025. - 367 с.

71. НД № 2-020101-174. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Часть XVI. Конструкция и прочность судов из полимерных композиционных материалов. - Санкт-Петербург, 2025. - 168 с.

72. Никитин В. С., Половинкин В. Н. Современное состояние и перспективы применения композитов в зарубежном подводном кораблестроении // Труды Крыловского государственного научного центра. -2017. - Т. 4 (382). - С. 57-74.

73. Новиков Д., Дубинин А., Ваничев М. Первая в России 3D-печатная модель яхты создана Крыловским центром // Paluba.media. - 2024. - 15 апр. -URL: https://paluba.media/news/79293 (дата обращения: 03.08.2025).

74. Онлайн справочник пластиков и полимеров / ПластЭксперт, все о пластиках и полимерах. - URL: https://e-plastic.ru/spravochnik/materiali/ (дата обращения: 15.06.2025).

75. Открытый Кубок России по морской робототехнике / Международная научно-практическая конференция «Опыт и перспективы применения морских роботизированных комплексов (МРТК)». - URL: http://www.rov.astf.ru/ (дата обращения: 13.08.2025).

76. Патент на изобретение № 2829517 C1 Российская Федерация, МПК B63C11/48, B63G8/00. Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат : № 2024114728 : заявл. 30.05.2024 : опубл. 31.10.2024 / П. Д. Полухин, Г. А. Кушнер, Ю. А. Максименко, А. Р. Рубан, Д. А. Волков.

77. Патент на полезную модель № 223141 U1 Российская Федерация, МПК B29C 48/25, B29C 64/205. Экструдер : № 2023130999 : заявл. 28.11.2023 : опубл. 02.02.2024 / П. Д. Полухин, Д. С. Сагдеев.

78. Пеганов О. В. Освоение аддитивных технологий, использование CAD/CAM/CAE систем в судостроении // Актуальные вопросы инновационного развития Арктического региона РФ : сборник статей VI Всероссийской научно-практической конференции, Северодвинск, 18-30 ноября 2024 года. - Архангельск : Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова, 2025. - С. 541-545.

79. Перспективы применения аддитивных технологий в подводном композитном кораблестроении / А. В. Дектярев, С. А. Петров, П. Г. Зобов, В. Н. Морозов // Балтийский морской форум : материалы X Международного Балтийского морского форума : в 7 томах, Калининград, 26 сентября - 01 октября 2022 года. Том 2. - Калининград : ОСП «БГАРФ» ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2022. - С. 67-75.

80. Половинкин В. 3D-печать корпусов катеров на «Вымпеле»: будущее судостроения? // ТАСС. - 2024. - 10 апр. - URL: https://tass.ru/ekonomika/21191549 (дата обращения: 03.08.2025).

81. Полухин П. Д., Рубан А. Р., Кичко А. Е. Исследование прочности элементов корпуса судна, полученных методом 3D-печати // 67-я Международная научная конференция Астраханского государственного технического университета, Астрахань, 29-31 мая 2023 года / Астраханский государственный технический университет. - Астрахань : Изд-во АГТУ, 2023. -С. 592-594.

82. Полухин П. Д., Рубан А. Р., Коршунов М. Ю.Применимость аддитивных технологий производства для машиностроения и судостроения // Наука и практика - 2021 : Всероссийская междисциплинарная научная конференция : материалы, Астрахань, 18-30 октября 2021 года / ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет». - Астрахань : Изд-во АГТУ, 2021. - С. 393-395.

83. Полухин П. Д. Разработка 3D-принтера для изготовления маломерных судов // 73-я Международная студенческая научно-техническая конференция : материалы конференции, Астрахань, 17-22 апреля 2023 года. -Астрахань : Изд-во АГТУ, 2023. - С. 399-400.

84. Полухин П. Д. Разработка технологии изготовления маломерных судов с использованием аддитивных технологий // 72-я Международная студенческая научно-техническая конференция : материалы конференции, Астрахань, 18-23 апреля 2022 года. - Астрахань : Изд-во АГТУ, 2022. - С. 284286.

85. Попадюк С. В. Аддитивное производство в России и мире / АО «АЙКЬЮБ Технологии». 3D-решения для промышленности и бизнеса. - URL: https://blog.iqb.ru/3d-industry-2024-results/. Дата публикации: 20.12.2024. Дата последней редакции: 11.06.2025.

86. Практический опыт применения аддитивных технологий в отечественном судостроении / А. Ю. Спиридонов, С. М. Ляшенко, А. А. Прохода, П. Г. Зобов // Морской вестник. - 2020. - № S1(14). - С. 90-93

87. Проектирование конструкций корпуса судна : учебное пособие / С. Д. Чижиумов, А. Д. Бурменский ; КнАГТУ. - Комсомольск-на-Амуре : Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 2007. -115 с. : ил., табл.; 20 см. - ISBN 978-5-7765-0475-4.

88. Пыхалов А. А. Контактная задача и метод конечных элементов в анализе динамики, прочности и теплопроводности сборных конструкций современных машин // Материалы V Международной конференции «Проблемы механики современных машин». - Улан-Удэ : Изд-во ВСГУТУ, 2012. - Т. 4. - С. 101-107.

89. Разработка численной методики и проведение виртуальных испытаний на циклическую долговечность при помощи метода конечных элементов / А. А. Папировский, С. В. Алексеев, А. В. Тарасов, А. И. Боровков // Механика и физика материалов. - 2019. - Т. 42, № 6. - С. 859-869.

90. Результаты сравнительных испытаний образцов из полимерных материалов на водопоглощение / П. Д. Полухин, А. Р. Рубан, В. П. Булгаков, Е. П. Карлина // Транспортное дело России. - 2024. - № 8. - С. 99-102.

91. Результаты сравнительных испытаний образцов из полимерных материалов на растяжение / А. Р. Рубан, П. Д. Полухин, В. П. Булгаков, Е. П. Карлина // Транспортное дело России. - 2024. - № 8. - С. 106-110.

92. Решение Коллегии Евразийской экономической комиссии от 18.10.2012 № 190 «О порядке введения в действие технического регламента Таможенного союза «О безопасности маломерных судов» (ТРТС 026/2012)» (Перечень стандартов).

93. Российский Речной Регистр. Руководство по классификации и освидетельствованию маломерных судов Р.044-2016. [утверждено приказами Российского Речного регистра от 21.10.2016 № 74-п, от 28.07.2017 № 60-п

(Извещение № 1), от 5.02.2018 № 8-п (Извещение № 2), от 7.06.2019 № 20-п (Извещение № 3), от 4.06.2020 № 34-п (Извещение № 4)]. - 49 c.

94. Российское классификационное общество. Правила классификации и постройки судов. - Москва, 2024. - 1727 с.

95. Сагдеев Д. С., Полухин П. Д.Исследование водопоглощения деталей из ABS-пластика, изготовленных методом 3D-печати // Наука и практика - 2023 : материалы Всероссийской междисциплинарной научной конференции, Астрахань, 13-17 ноября 2023 года. - Астрахань : Изд-во АГТУ, 2024. - С. 566-568.

96. Сагдеев Д. С. Сравнительный анализ современных полимерных композиционных материалов для изготовления элементов корпуса судна методом 3D-печати // Наука и практика - 2023 : материалы Всероссийской междисциплинарной научной конференции, Астрахань, 13-17 ноября 2023 года. - Астрахань : Изд-во АГТУ, 2024. - С. 563-565.

97. Соловьева Я. Ю. Аддитивные технологии в судостроении как механизм сокращения затрат и повышения качества выпускаемой продукции // Судостроение. - 2021. - № 4(857). - С. 43-45.

98. Справочник по малотоннажному судостроению / сост. М. М. Аливагабов. - Ленинград : Судостроение, 1988. - 576 с.

99. Старение полимерных композиционных материалов : учебное пособие для магистров, обучающихся по направлению «Материаловедение и технологии материалов» / Е. Н. Каблов, В. О. Старцев, А. Б. Лаптев ; НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ. - Москва, 2023. - 519 с. - ISBN 978-5905217-90-6.

100. Теория и устройство судна : учебник для курсантов/студентов вузов по специальностям «Судовождение» и «Эксплуатация судовых энергетических установок» / Б. П. Коротков, А. А. Ершов, А. М. Бояринов и др. ; под ред. С. Ю. Развозова ; Федеральное агентство морского и речного транспорта, ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова. - Санкт-Петербург : Арт-

Экспресс, 2018. - 450, [1] с. : ил., табл.; 21 см. - (Библиотека «Совкомфлот»). - ISBN 978-5-4391-0352-2.

101. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 026/2012 «О безопасности маломерных судов» [принят решением Совета Евразийской экономической комиссии от 15 июня 2012 г. .№33] // КонсультантПлюс. - URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_131319/c8b06249b9cdaf96b 5d1a6ee29fa4e9dd37e76ee/ (дата обращения: 20.06.2019).

102. Феночкина Д. А., Котлубовская Т. В. Использование аддитивных технологий в приборостроении // Наука и молодежь : материалы XVII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых : в 8 частях, Барнаул, 01-05 июня 2020 года / Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова. Том Часть 7. -Барнаул : Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, 2020. - С. 131-133.

103. Халилов Н. А., Огурцов Д. В., Коперчак О. П. Инновационные 3D-технологии в судостроении и судоремонте. Обзор текущего состояния // Эксплуатация морского транспорта. - 2020. - № 4(97). - С. 116-121. - DOI 10.34046/aumsuomt97/21.

104. Чумаченко Е. Н., Аксенов С. А., Борхсениус C. C. Анализ методов компьютерного моделирования механических испытаний // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т. 7, № 11-2. - С. 9-11.

105. 3Dirigo. The World's Largest 3D Printed Boat / The University of Maine's Advanced Structures and Composites Center. - URL: https://composites.umaine.edu/advanced-manufacturing/3dirigo/ (дата обращения: 15.06.2025).

106. Alicioglu A., Yildizdag M. E. Additive Manufacturing Techniques and Their Potential in the Shipbuilding Industry // Journal of Naval Architecture and Marine Technology. - 2022. - N. 221. - P. 178-199.

107. ASTM D638M-14. Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics / The American Society for Testing and Materials. - Annual Book of ASTM Standards : ASTM International, 2014 - 6 р.

108. ASTM D7791-15. Standard Test Method for Uniaxial Fatigue Properties of Plastics / ASTM International. - West Conshohocken, PA, 2015. - 13 p.

109. ASTM E466-15. Standard Practice for Conducting Force Controlled Constant Amplitude Axial Fatigue Tests of Metallic Materials / ASTM International. - West Conshohocken, PA, 2015. - 6 p.

110. Bakhtiari, H., Aamir, M. & Tolouei-Rad, M. (2023). Effect of 3D Printing Parameters on the Fatigue Properties of Parts Manufactured by Fused Filament Fabrication: A Review // Applied Sciences. V. 13(2), article 904. - URL: https://doi.org/10.3390/app13020904 (дата обращения: 15.06.2025).

111. Begley J. A., Landes J. D. The J-Integral as a fracture criterion // ASTM STP 514. - Philadelphia : American Society for Testing and Materials, 1972. -P. 1 - 20.173.

112. Belvisi F., Piccioni M., Ratti A. Combining Lightness and Stiffness through Composite-Reinforced Additive Manufacturing in the Yacht Industry: Case Study Analysis and Application on Large Functional Components // Journal of Marine Science and Engineering. - 2024. - Vol. 12, Т. 6. - Art. 918.

113. Cirmad H., Tirkes S., Tayfun U. Evaluation of flammability, thermal stability and mechanical behavior of expandable graphite-reinforced acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer // ResearchGate. - 2021. - URL: https://www.researchgate.net/publication/349615417_Evaluation_of_flammability _thermal_stability_and_mechanical_behavior_of_expandable_graphite-reinforced_acrylonitrile-butadiene-styrene_terpolymer (дата обращения: 15.06.2025).

114. Composite vessel MAMBO / Moi Composites. - URL: https://www.moi.am/projects/mambo (дата обращения: 15.06.2025).

115. Copperhead Hotend Collection. / Slice Engineering. - URL: https://www.sliceengineering.com/collections/copperhead (дата обращения: 15.06.2025).

116. Damen Shipyards, CEAD. HDPE Workboat Hull 3D Printed by Damen and CEAD // 3D Printing Industry. - 2025. - URL: https://3dprintingindustry.com/news/hdpe-workboat-hull-3d-printed-by-damen-and-cead-239707 (дата обращения: 03.08.2025).

117. Germany's TKMS introducing 3D printing to submarine construction // NavalToday. - 2019. - URL: https://www.navaltoday.com/2019/09/02/germanys-tkms-introducing-3d-printing-to-submarine-construction/ (дата обращения: 11.08.2025).

118. Kenney M. E. Cost reduction through the use of additive manufacturing (3D printing) and collaborative product life cycle management technologies to enhance the Navy's maintenance programs: Master's thesis. - Monterey, 2013. -67 p.

119. Mackley С. J. Reducing costs and increasing productivity in ship maintenance using product lifecycle management, 3D laser scanning, and 3D printing: Master's thesis. - Monterey, 2014. - 116 p.

120. MASTERPRINT. The World's Largest Thermoplastics 3D Printer. / The University of Maine's Advanced Structures and Composites Center. - URL: https ://composites.umaine. edu/advanced-manufacturing/masterprint/ (дата обращения: 15.06.2025).

121. Musio-Sale M., Nazzaro P. L., Peterson E. Visions, concepts, and application in additive manufacturing for yacht design // AHFE. - 2019. - Pp. 401410.

122. Peterson E., Zhang M., Yu H. Recent Innovations in Additive Manufacturing for Marine Vessels // Maritime Technology and Research. - 2022. -Vol. 4, N. 4. - P. 250-264.

123. Polukhin P. D., Ruban A. R., Melnikov A. V. Results of comparative mechanical properties testing of polymer materials samples. Proceedings of the 11th

International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2025), Sochi, 2025. -Springer Nature Switzerland AG : Springer Nature Switzerland AG, 2025. [В печати].

124. Renau Martínez J., García Peñas V., Ibáñez Arnal M. et al. Design Process and Advanced Manufacturing of an Aquatic Surface Vehicle Hull for the Integration of a Hydrogen Power Plant Propulsion System // Journal of Marine Science and Engineering, 2024.

125. S. A. Aksenov, E. N. Chumachenko, J. Kliber, R. Fabik. Inverce analysis of a plane strain compression test results for the purpose of material mechanical and microstructural properties study // HUTNIK. - 2009. - N. 8. -Р. 555-557.

126. Thomas S. A., Lal S. R. Feasibility Analysis of 3D Printing of a Boat Using Carbon Fiber Composite // Materials Today: Proceedings. - 2021. - Preprint.

- DOI: 10.2139/ssrn.357218951 (доступ через SSRN).

127. Titan: The lightweight, easy-to-use extruder from E3D / E3D Company.

- URL: https://e3d-online.com/blogs/news/titan-the-lightweight-easy-to-use-extruder-from-e3d (дата обращения: 15.06.2025).

128. UL Standard 94: Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances. - 7th ed. - Northbrook, IL : Underwriters Laboratories Inc., 2024. - 68 p. - URL: https://www.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL94_7_S_2023 0228 (дата обращения: 15.06.2025).

129. Van der Zalm M. On the Assessment of Additive Manufacturing Potential in the Maritime Construction Sector: Master's Thesis. - Delft: Delft University of Technology, 2016. - 110 p. - URL: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:c16662b2-0925-449f-8368-da8ad156eb26 (дата обращения: 03.08.2025).

130. Wittbrodt B. T., Pearce J. M. The effects of PLA color on material properties of 3-D printed components // Additive Manufacturing. - 2015. - Vol. 8.

- Р. 110-116.

131. Zhang H., Cai L., Golub M., Zhang Y., Yang X., Schlarman K., & Zhang J. Tensile, creep, and fatigue behaviors of 3D-Printed Acrylonitrile Butadiene Styrene // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2018. - Vol.27, N. 1. - Р. 57-62. - URL: https://doi.org/10.1007/s11665-017-2961-72 (дата обращения: 15.06.2025).

132. Ziemian C., Sharma M., Ziemian S. Anisotropic mechanical properties of ABS parts fabricated by fused deposition modeling // Mechanical Engineering. -2012. - N. 4. - P. 159-180.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Протоколы испытаний образцов

Протокол испытаний № цу от 07 апреля 2023 г.

Результаты испытаний

Регистрируемый Размер поперечного Площадь поперечного Энергия удара*, Ударная вязкость,

номер образца сечения, Ь*Ь„ мм сечения мм2 А, кгс/см (Дж) а«, кДж/м2

100.1 9,5x10,1 96,0 12,0(1,18) 12,10

100.2 9,5x10,1 96,0 12,5(1,23) 12,82

Среднее значение: 12,56

80.1 9,5x10,0 95,0 10,0 (0,98) 10,32

80.2 9,4x10,0 94,0 13,0(1,27) 13,51

80.3 9,3x9,9 92,1 12,5(1,23) 13,36

Среднее значение: 12,40

60.1 9,5x10,0 95,0 12,0(1,18) 12,42

60.2 9,5x10,0 95,0 12,0(1,18) 12,42

60.3 9,4x10,0 94,0 12,5(1,23) 13,09

Среднее значение: 12,64

40.1 9,5x10,0 95,0 12,5(1,23) 12,95

40.2 9,1x10,0 91,0 14,5(1,42) 15,60

40.3 9,5x10,1 96,0 15,0(1,47) 15,32

Среднее значение: 14,62

Примечание: *значение энергия удара по Шарпи в «ребро» образца с надрезом Заключение:-

Испытания произвел: инженер А.Ю. Соломина

Результаты испытаний относятся только к образцу, предоставленному Заказчиком.

Протокол испытаний не может быть частично воспроизведен без письменного разрешения

лаборатории.

Информация по наименованию образца испытаний предоставлена Заказчиком. Ответственность за отбор образцов несет Заказчик.

Окончание протокола

Протокол испытаний на ударный изгиб № 127цу от 15 июня 2023 г.

Применяемый метод испытания: ГОСТ 4647-2015

Применяемое оборудование

№ Наименование оборудования (тип / марка / модель) Заводской номер Срок действия аттестации/поверки/калибровки

1. Штангенциркуль, ШЦ-1 898004 до 07.12.2023

2. Копер маятниковый тип КМ-0,5 141 -

Установленные требования

Применяемые НД -

Среднее значение работы удара, Дж -

Ударная вязкость, КСУ, кДж/м2 -

Результаты испытаний

Регистрационн ый номер образца Размер поперечного сечения, Ь*ЬМ мм Площадь поперечного сечения мм2 Энергия удара Ак кгс/см (Дж) Ударная вязкость а^ кДж/м2

20.1 10,3x9,7 99,9 10,0(0,98) 9,81

20.2 10,4x9,6 99,8 10,0(0,98) 9,82

20.3 10,3x9,8 100,9 13,0(1,27) 12,59

Примечание: удар по Шарпи в ребро образца с надрезом Заключение: -

Испытания произвел: инженер И.С.Бирюкова

Результаты испытаний относятся только к образцу, предоставленному Заказчиком.

Протокол испытаний не может быть частично воспроизведен без письменного разрешения

лаборатории.

Информация по наименованию образца испытаний предоставлена Заказчиком. Ответственность за отбор образцов несет Заказчик.

Окончание протокола

РМРС СВИДЕТЕЛЬСТВО о признании испытательной лаборатории № 20.70430.141 до 27.07.2025 Стр. 2 из 2

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Патент на полезную модель «Экструдер»

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

СО

сч сч

ри

(11)

223 141(13) и1

(51) МПК

В29С 48/25 (2019.01)

В29С64/205 (2017.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

(52) СПК

В29С48/25 (2023.08); В29С 64/205 (2023.08)

(21)(22) Заявка: 2023130999, 28.11.2023

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

28.11.2023

Дата регистрации:

02.02.2024

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 28.11.2023

(45) Опубликовано: 02.02.2024 Бюл. № 4

Адрес для переписки:

414056, Астраханская обл., г. о. г.Астрахань, г. Астрахань, ул. Татищева, стр. 16/1, ФГБОУ ВО Астраханский ГТУ, Неваленный Александр Николаевич

(72) Автор(ы):

Полухин Павел Денисович Сагдеев Денис Сагитович ^Ц)

(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет"

^Ц)

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 203882 Ц1, 26.04.2021. RU 2773665 С2, 07.06.2022. Ш 11400632 В2, 02.08.2022. СА 2458075 А1, 27.02.2003. CN 214395360 Ц, 15.10.2021. Ш 2016067928 А1, 10.03.2016.

(54) ЭКСТРУДЕР (57) Реферат:

Полезная модель относится к 3D-печати наполненными и ненаполненными

термопластичными полимерами в виде гранул или вторичного сырья. Экструдер содержит электродвигатель, соединенный с корпусом, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло. Цилиндр имеет два участка нагрева, на оси электродвигателя установлена приводящая шестерня, которая связана с приводной шестернёй, закрепленной в верхней части шнека. По центральной оси внутри шнека выполнен канал для армирующего волокна, в торце шнека имеется коническое углубление для подачи армирующего волокна. Над прижимной крышкой установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием для прохождения армирующего волокна, и

подвижный нож, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа,

установленный на ось сервопривода, закрепленного на корпусе экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики, ведущий ролик установлен на оси электродвигателя, ведомый ролик установлен на дополнительной оси, закрепленной на корпусе электродвигателя, и полую трубку для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя. Техническим результатом является повышение эффективности устройства при его использовании. 3 ил.

Я

ю 2 3

Полезная модель относится к области трехмерных печатных изделий для сырьевого материала в виде гранул. Экструдер предназначен для 3D-печати наполненными и ненаполненными термопластичными полимерами в виде гранул или вторичного сырья.

Известен экструдер по патенту KR №101894845, 2018 г., который является близким 5 аналогом по технической сущности к заявляемому техническому решению, он содержит входное отверстие для гранул для приема сырья в форме гранул; приводной блок, осуществляющий вращательное движение; экструзионный шнек, который вращается за счет вращательного движения, приложенного от приводного устройства, для перемещения сырья в форме гранул, поступающего в спиральную канавку; пространство 10 для ввода гранул для подачи исходного материала в форме гранул через входное отверстие для гранул в спиральную канавку экструзионного шнека; нагревательный блок, который нагревает и плавит сырье в форме гранул на конце экструзионного шнека; сопло, через которое расплавленное в нагревательном блоке сырье в форме гранул экструдируется путем вращения экструзионного шнека; блок управления 15 давлением экструзии, расположенный между приводным блоком и экструзионным шнеком и регулирующий объем экструзии расплавленного сырья в форме гранул путем регулирования зазора между экструзионным шнеком и соплом в соответствии с давлением экструзии внутри сопла и экструзионный шнек сформирован так, что глубина спиральной канавки от пространства для ввода гранул в направлении сопла постепенно 20 уменьшается.

Недостаток аналога заключается в том, что площадь сечения винтовой канавки по всей длине шнека постоянная, нагрев цилиндра однозонный, что сказывается на однородности и равномерности экструзии полимерного материала.

Наиболее близким по технической сути является экструдер по патенту RU №203882Ш, 25 2021 г., содержащий электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором

располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на цилиндре, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен редуктором, входной штуцер для подачи гранул выполнен с газоотводящими отверстиями, дополнительно в корпусе установлен штуцер зо жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения и датчик контроля наличия гранул, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, цилиндр имеет три участка нагрева, на каждом участке нагрева установлено от одного до двух нагревателей и один датчик контроля температуры. 35 Недостатком прототипа является то, что в известной конструкции отсутствует механизм подачи армирующего волокна, вследствие чего прочностные характеристики изготавливаемых деталей являются недостаточными.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание экструдера для 3D-печати функциональных деталей из армированных термопластичных полимеров. 40 Технический результат - повышение эффективности устройства при его использовании.

Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на 45 цилиндре, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, цилиндр имеет два участка нагрева, при этом на каждом участке нагрева цилиндра установлен нагреватель и датчик контроля температуры, на оси электродвигателя

установлена приводящая шестерня, которая связана с приводной шестернёй, закрепленной в верхней части шнека, по центральной оси внутри шнека выполнен канал для армирующего волокна, в торце шнека имеется коническое углубление для подачи армирующего волокна, на верхнюю часть шнека установлен упорный 5 подшипник, шнек закреплен в корпусе устройства за счет прижимной крышки,

установленной в верхней части корпуса экструдера, в которой имеется паз для упорного подшипника и отверстие для прохождения армирующего волокна, над прижимной крышкой установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож, представляющий собой полый цилиндр, установленный над 10 отверстием для прохождения армирующего волокна, подвижный нож, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа, установленный на ось сервопривода, закрепленного на корпусе экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя 15 электродвигатель, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики, ведущий ролик установлен на оси электродвигателя, ведомый ролик установлен на дополнительной оси, закрепленной на корпусе электродвигателя, и полую трубку для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 - вид в разрезе, фиг. 2 -20 вид сбоку, фиг. 3 - вид сверху).

Экструдер содержит корпус 1, электродвигатель 2, соединённый с корпусом 1, в котором располагаются входной штуцер 3 для подачи гранул, цилиндр 4 с установленным в него шнеком 5, нагреватели 6 и сопло 7, расположенные на цилиндре 4, шнек 5 выполнен с постоянной шириной винтовой канавки 8, но с изменяющейся 25 площадью, и содержит четыре зоны: загрузки 9, сжатия 10, гомогенизации 11 и дозирования 12, цилиндр 4 имеет два участка нагрева, при этом на каждом участке нагрева цилиндра 4 установлен нагреватель 6 и датчик контроля температуры 13, на оси электродвигателя 2 установлена приводящая шестерня 14, которая связана с приводной шестернёй 15, закрепленной в верхней части шнека 5, по центральной оси 30 внутри шнека 5 выполнен канал 16 для армирующего волокна, в торце шнека 5 имеется коническое углубление 17 для подачи армирующего волокна, на верхнюю часть шнека 5 установлен упорный подшипник 18, шнек 5 закреплен в корпусе 1 устройства за счет прижимной крышки 19, установленной в верхней части корпуса 1 экструдера, в которой имеется паз 20 для упорного подшипника 18 и отверстие 21 для прохождения 35 армирующего волокна, над прижимной крышкой 19 установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож 22, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием 21 для прохождения армирующего волокна, подвижный нож 23, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного 40 ножа 22, установленный на ось сервопривода 24, закрепленного на корпусе 1 экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель 25, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики 26, 27, ведущий ролик 26 установлен на оси электродвигателя 25, ведомый ролик 27 установлен на дополнительной оси 28, 45 закрепленной на корпусе электродвигателя 25, и полую трубку 29 для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя 25, в корпусе 1 экструдера имеется наклонный цилиндрический канал 30 для подачи гранул.

Устройство работает следующим образом. Шнек 5 приводится во вращение с

помощью электродвигателя 2, через приводящую шестерню 14 и приводную шестерню 15. Подача полимерных гранул или вторичного сырья осуществляется через входной штуцер 3 для подачи гранул. Подвод гранул от входного штуцера 3 к шнеку 5 осуществляется посредством сформированного в корпусе 1 наклонного цилиндрического 5 канала 30. Затем гранулы проходят зону загрузки 9, зону сжатия 10, в которой

происходит сжатие и плавление полимерных гранул, зону гомогенизации 11, в которой происходит перемешивание полимерного материала и его гомогенизация, зону дозирования 12, в которой полимер находится в расплавленном вязкотекучем состоянии. После этого полимер подается в сопло 7, в котором происходит объединение пластика 10 и армирующего волокна. Подача армирующего волокна осуществляется протягиванием через полую трубку 29, при помощи роликов 26 и 27, которые приводятся в движение от электродвигателя 25. Затем армирующее волокно проходит через неподвижный нож

22 механизма для обрезки армирующего волокна, затем через отверстие 21 в прижимной крышке 19 и подаётся в шнек 5 через коническое углубление 17, и затем через канал 16

15 внутри шнека 5. Затем армирующее волокно подается в сопло 7, в котором происходит объединение пластика и армирующего волокна. При окончании печати механизм для обрезки армирующего волокна производит обрезку армирующего волокна следующим образом: подвижный нож 23 приводится в движение сервоприводом 24, поворачивается по часовой стрелке, прижимая армирующее волокно к внутренней стороне неподвижного 20 ножа 22, волокно обрезается, после чего сервопривод 24 переводит подвижный нож

23 в исходное положение.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ: предложен механизм подачи армирующего волокна, который позволяет увеличить качество печати и эффективность изготовления армированных печатных трехмерных 25 изделий, предложен механизм обрезки армирующего волокна, позволяющий уменьшить минимальный размер детали или армированного участка, что в совокупности позволяет достичь указанного технического результата.

Пример конкретного выполнения.

Механизм обрезки армирующего волокна, состоящий из неподвижного ножа 22, 30 подвижного ножа 23 и сервопривода 24, позволяет осуществлять обрезку волокна в процессе печати, что оптимизирует изготовление деталей сложной формы, снижая массу изделия. Сервопривод 24 обеспечивает усилие, достаточное для обрезки армирующего волокна, при этом величина усилия зависит от вида (углеродное, стеклянное, органическое) и линейной плотности волокна, но составляет не более 2,5 кг/см (согласно 35 ГОСТ Р 57407-2017 и ГОСТ 8325-2015). Неподвижный нож 22 и подвижный нож 23 изготавливаются из материалов с твердостью HRс > 55, например, стали У7 или У8 (согласно ГОСТ 1435-99), или керамики 22ХС, ВК-94 или ВК-100 (согласно ГОСТ 26630-85). Механизм подачи армирующего волокна, состоящий из электродвигателя 25, ведущего ролика 26, ведомого ролика 27, дополнительной оси 28 и полой трубки 40 29, позволяет управлять скоростью его подачи (при нормальной скорости V) в пределах 0,8У.. .1,3У, и тем самым варьировать усилие натяжения армирующего волокна. Повышение натяжения армирующего волокна за счет подачи его в сопло 7 с пониженной скоростью (0,8V...0,9V) применяется на прямолинейных участках траектории и повышает физико-механические характеристики изделия. Снижение натяжения 45 армирующего волокна за счет его подачи в сопло 7 с повышенной скоростью

(1,1V.1,3V) позволяет укладывать армирующее волокно по сложной траектории с малыми радиусами кривизны без сползания, что позволяет изготавливать оптимизированные детали сложной формы, снижая массу изделия (см. патент RU №

2662015, 2018 г.).

Положительный эффект - предлагаемый экструдер позволяет повысить эффективность процесса изготовления печатных трехмерных изделий, устройство обладает повышенной надежностью и позволяет расширить ассортимент используемых 5 материалов.

(57) Формула полезной модели Экструдер, содержащий электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него 10 шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на цилиндре, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, отличающийся тем, что цилиндр имеет два участка нагрева, при этом на каждом участке нагрева цилиндра установлен нагреватель и датчик контроля температуры, на оси электродвигателя установлена 15 приводящая шестерня, которая связана с приводной шестерней, закрепленной в верхней части шнека, по центральной оси внутри шнека выполнен канал для армирующего волокна, в торце шнека имеется коническое углубление для подачи армирующего волокна, на верхнюю часть шнека установлен упорный подшипник, шнек закреплен в корпусе устройства за счет прижимной крышки, установленной в верхней части 20 корпуса экструдера, в которой имеется паз для упорного подшипника и отверстие для прохождения армирующего волокна, над прижимной крышкой установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием для прохождения армирующего волокна, подвижный нож, представляющий собой вытянутую 25 прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа, установленный на ось сервопривода, закрепленного на корпусе экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики, ведущий ролик установлен на оси 30 электродвигателя, ведомый ролик установлен на дополнительной оси, закрепленной на корпусе электродвигателя, и полую трубку для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя.

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акты внедрения разработки

Федеральное агентство по рыбаювству Федеральное государственное бюджетное образовательное ^¡щ, учреждение высшего образования

р «.Астраханский государственный технический университет»

т • ймсп«1|Ш1

ООО «ДКГ ГУС» а» «

ЛШГМММ.МрЧ» г ММ1111111 пгфимиши Г <т»чмрг> М15

УТВЕ1

работе и

юсти.

г" ЙЮ ДКвяткопская

13 г

АКТ ВНЕДРЕНИЯ (ИСПОЛЬЗОВАНИЯ)

в учебный процесс результатов научно-исследовательской работы, выполненной в рамках диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук но научной специальности 2.5.19 «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», аспирантом кафедры «Судостроение и

энергетические комплексы морской техники» ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» ПОЛУХННЫМ ПАВЛОМ ДЕНИСОВИЧЕМ

Мы, нижеподписавшиеся. Рубан А.Р. - директор Института морских технологий, энергетики и транспорта, к.т.н , доцент, научный руководитель: Сахно К.Н - заведующий кафедрой «Судостроение и энергетические комплексы морской техники», д.т.н., профессор, составили настоящий АКТ ВНЕДРЕНИЯ (ИСПОЛЬЗОВАНИЯ) в учебный процесс результатов научно-исследовательской работы, выполненной в рамках диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук по научной специальности 2.5.19 «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», аспирантом кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет» Полухиным П.Д. по направлению исследования: «Технология постройки корпусов маломерных судов методом ЗО-печати».

Основные результаты работы

1. Впервые в России выявлены закономерности изменения свойств 31> печатных изделий из АВБ-иластика от степени заполнения при статическом, динамическом и циклическом нагружениях.

2. Разработана конструкция широкоформатного ЗО-принтера для изготовления монолитного корпуса маломерного судна.

3. Описан технологический процесс изготовления корпуса маломерного судна из полимерных материалов с использованием ЗО-печати

4. Предложена конструкция экструдера повышенной производительности с возможностью использования армирующей нити, защищенную патентом РФ.

Указанная работа внедрена (использована) в учебный процесс с 2024 года и используется по настоящее время в лекционных, практических и лабораторных занятиях по следующим дисциплинам: «Проектирование судов». «Строительная механика корабля», «Технология судостроения». «Основы систем автоматизированного проектирования», «Современные проблемы науки и производства в судостроительной отрасли», «Проектирование и моделирование 30 объектов в судостроении и судоремонте» для обучающихся направлений 26.03.02 и 26.04.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры».

Прототип экструдера, разработанного в ходе НИР, установлен на лабораторном стенде кафедры «СиЭК» и используется для проведения практических и лабораторных занятой.

Прототип ЗО-печатного маломерного судна из АВ8-пластика находится п лаборатории кафедры «СиЭК» и используется для проведения практических и лабораторных занятий.

Наименование объекта и предмета внедрении (использования) результатов маучш>-исследовательской работы объект внедрения прототип ЗО-печатного маломерного судна из АВЯ-пластика. предмет внедрения - технология изготовления корпуса маломерного судна методом 30-печати.

Эффект от использования результатов внедрения: научно-технические результаты по теме исследования позволяют значительно улучшить качество подготовки обучающихся по направлениям 26.03.02 и 26.04 02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» и повысить их компетенцию в области современных технологий судостроения, в том числе новых технологий формирования корпусных конструкций, неклассических судостроительных материалов и автоматизации судостроительного и судоремонтного производства.

Директор ИМТЭиТ, к.т.н., доцент, научный руководитель

А Р. Рубан

Зав. кафедрой «СиЭК», д.т.н., профессор

К.Н. Сахно

УТВЕРЖ, Замес фи л и

АКТ

производству ючка»

ощин А.М.

о принятии к сведению результатов научно-исслсДяшсдмяШ работы «Технология постройки корпусов маломерных судов методом ЗЬ-печати», выполненной аспирантом Полуниным I (анлом Денисовичем

1. Проведенные автором исследования актуальны и позволяют повысить степень автоматизации судостроительного производства и снизить количество производственных отходов.

2. Исследованием установлено, что с увеличением времени выдержки образцов из ABS-пластмка, изготовленных по технологии FFF ЗП-печатн, их масса увеличивается по линейному закону. С уменьшением степени заполнения образцов водопоглощснис увеличивается. Образцы показывают большее водопоглощение в пресной воде относительно солбной воды. Влиянйе солености воды на водопоглощение образцов увеличивается с уменьшением степени заполнения. Требуется проведение дополнительных испытаний для выявления характера зависимости. Образцы с заданным 100% заполнением фактически имеют заполнение порядка 97,5% вследствие не совершенности технологии печати.

3. Несмотря на возможность применения А HS-пластика в качестве конструкционного материала, материал не соответствует требованиям правил РМРС. Для использования его в качестве материала для корпуса маломерных судов, изготовленные поверхности необходимо подвергать шпаклеванию водостойкими смесями и последующей окраске ятя уменьшения водопоглощения.

4. При увеличении степени заполнения прочность и пластичность образцов увеличивается. График зависимости предела прочности от степени заполнения аппроксимируется до полинома второй степени. Зависимость относительного удлинения от степени заполнения имеет линейный характер. Данные по пределу прочности образцов при проведении испытаний на сжатие и на растяжение отличаются в несколько раз за счёт отклонений, вызываемых межслойной адгезией.

5. Модуль упругости и предел прочности не совпадает по характеру зависимости с пределом прочности и относительным удлинением. Это связано с более низким относительным удлинением, установленным для образцов с 60% заполнением и неравномерному снижению предела прочности относительно плотности образцов, соответственно. Для выявления конкретных зависимостей требуются дополнительные исследования.

6. Детали из ABS-пластика, изготовленные методом ЗО-печати, соответствует требованиям РМРС по значениям предела прочности при растяжении и предельного относительного удлинения при растяжении, не соответствует по значениям модуля нормальной упругости при растяжении при всех исследованных степенях заполнения. Это, в совокупности с высокими значениями удельной прочности при 60% заполнении, делает возможным изготовление из него только нснагруженных судовых конструкций.

7. Технология армирования пластика стеклонитью в процессе печати требует доработки, так как наблюдается низкая адгезия, предположительно, за счет нагрева и размяпения пропитки стекловолокна.

8. Оптимальным с позиции физико-механических свойств является величина степени заполнения равная 90%.

9. Одобрить выполненную аспирантом Полухиным ПД научно-исследовательскую работу, продолжить исследования в области возможности использования ЗП-печатных полимерных материалов в качестве материала для изготовления судов1 усных конструкций.

/С

Начальник цеха филиала АСРЗ АО « ЦС»Звёздочка»

[склов С.А.