Как мы делали макеты космической техники для Московского авиационного института



    Рассказываем о том, как создавали макеты космической техники для Московского авиационного института (МАИ), какие материалы и оборудование применялись, какие сложности возникли и как они были преодолены. Чтобы узнать больше — читайте статью.

    О заказчике



    Источник фото: Управа района Аэропорт, Москва.

    МАИ — Московский авиационный институт открытый в 1930 году, — крупнейшее в РФ учебное и исследовательское учреждение в сфере авиации и космонавтики. Основная деятельность — подготовка научных и инженерных кадров для работы в авиакосмической отрасли и проведение исследовательских и инженерно-конструкторских работ в этой области.



    В 2018 вошел в рейтинг лучших вузов мира World University Ranking по версии Times Higher Education. В институте проходят обучение более 22000 студентов, в том числе около 1500 иностранных. 20 марта этого года (2020) МАИ исполняется 90 лет.

    Что и зачем мы сделали




    Игорь Владимирович Гуменюк — старший преподаватель МАИ и контактное лицо в этом заказе, объяснил нам, что вузу требуются макеты авиакосмической техники в качестве наглядных пособий — стендовые копии предназначены для использования на занятиях по военной подготовке, для демонстрации устройств и оборудования в рамках дисциплины «Основы устройства ракетно-космического комплекса».

    От нас требовалось детально разработать и реализовать масштабные модели. Первая из них — стендовая модель ракеты-носителя «Союз-ФГ».

    РН «Союз-ФГ»




    Масштаб 1:35, высота 1400 мм, с “вырезанной” для наглядности четвертью и обзором находящихся внутри ключевых узлов. Схема объекта была предоставлена заказчиком.

    Вторая часть проекта – стендовая копия Пилотируемого космического корабля «Союз ТМА-М».

    ПКК «Союз ТМА-М»




    Масштаб по заданию был 1:5 от размеров реального аппарата, но изделие в таком масштабе было бы очень габаритным и состояло бы из большего количества частей, что увеличило бы сроки выполнения.

    Выдержка из техзадания:

    «Назначение: для демонстрации устройства ППК. Стендовая копия предназначена для использования на занятиях по военной подготовке в рамках дисциплины «Основы устройства ракетно-космического комплекса».

    Стендовая копия изготавливается в соотношении 1:5 к реальным размерам пилотируемого космического корабля (ПКК) «Союз ТМА-М». Высота:1 500 мм.

    Размещение: на креплениях типа трос подвешивается под потолком над партами учебной аудитории, количество точек подвеса не менее пяти.

    Положение антенн и солнечных батарей должно соответствовать этапу “орбитальный полет”».


    Мы согласовали изменение размера с заказчиком и реализовали макет в масштабе 1:5,5. При данном размере основные элементы корпуса печатаются 3D-принтером целиком, что не только ускоряет процесс, но и делает детали более прочными (по сравнению с напечатанными по частям и склеенными), а их поверхность более качественной. Самая широкая часть – 490 мм.

    Третья часть задачи — масштабная стендовая копия технического и стартового комплекса для запуска РН «Союз-2».

    ТСК РН «Союз 2»




    Технический и стартовый комплекс предназначен для техобслуживания, подготовки и запуска ракет-носителей. Макет объекта необходимо было выполнить по нескольким десяткам фотографий и двум схемам построек. Это схематичный макет, предназначенный для демонстрации студентам элементов инфраструктуры пускового объекта и их взаимодействия между собой. Проектирование основывалось на фотографиях космодрома «Восточный».

    Выдержка из ТЗ:

    «Габариты: 1800 х 1200 мм.

    Комплектация: здания и сооружения технического и стартового комплекса, стартовый стол, и территория площадки подготовки и запуска РН «Союз-2», купол из акрилового стекла, крепления для вертикального размещения на стене с механизмом опускания в горизонтальное положение и поднимание с фиксированием в вертикальное положение на стене».




    Как это делалось раньше


    До появления 3D-печати любые учебные пособия выпускались на заводах огромными партиями, что было очень хорошо для имевших тогда стандартную программу обучения школ, но совершенно неприемлемо в тех случаях, когда требуется изготовление единичного изделия или микропартии в несколько штук.

    Альтернативой был заказ необходимых изделий в одной из архитектурных макетных мастерских, но в условиях ручного труда это отнимало много времени, а качество результата могло разочаровать.

    Применение компьютерного проектирования и 3D-печати сделали возможным быстрое создание практически любого макета, имеющего высокую степень внешнего сходства с оригиналом и точное соответствие его геометрии.

    Преимущества 3D-печати


    Главное преимущество 3D-печати — не более низкая стоимость и кратчайшие сроки, хотя это все есть и это тоже важно, главное — вы совершенно точно знаете, что получите. 3D-принтер печатает точно по цифровой модели, допуски по размерам в данном применении крайне малы, а искажений по форме объекта не должно быть в принципе, чего никак нельзя гарантировать при изготовлении вручную, где большое значение имеет человеческий фактор.

    Процесс


    Ракета-носитель «Союз-ФГ»




    Рассказывает Виктор Наумов, старший инженер отдела услуг Top 3D Shop в Москве на момент выполнения заказа:

    «Первым делом мы стали проектировать РН “Союз-ФГ”. Моделирование осуществлялось в программе параметрического проектирования (САПР).




    Отличительной чертой при подобном проектировании является то, что макет – это всегда конструктор.




    Наши специалисты выполняли работу учитывая все элементы сборки, допуски в местах соединений и контакта деталей.




    Мы моделировали с учетом того, что элементы будут окрашиваться отдельно, а затем собираться.




    В этом случае всегда желательно разбивать модель на такие части, при которых они будут краситься отдельно друг от друга разными цветами.




    После проектирования – проверка всей сборки, далее — моделирование подставки, а затем мы предложили клиенту сделать колпак из акрила, чтобы защитить ракету от любопытства студентов.



    Спроектировали – печатаем.




    Отпечатали, примерили – сошлось.




    Приступаем к обработке поверхности, грунтовке, покраске, лакировке.»




    Космический корабль «Союз ТМА-М»




    Вторая часть проекта, а именно пилотируемый космический корабль, стала очень интересной и достаточно сложной задачей, из-за большого количества внутренних деталей, требующих идеальной подгонки.



    Так как конструкция подвешивается к потолку на стальных тросах, она должна быть жесткой, прочной, но в то же время легкой. Этого удалось достичь с помощью 3D-печати и регулировки степени заполнения, расчета нагрузок в специальном ПО (SolidWorks) и применения каркаса.



    Основные шаги такие же, как и в предыдущей части: проектирование, 3D-печать, обработка, покраска, склейка, моделирование.



    Были и отличия. Во-первых, нам было необходимо создать конструкцию, которая будет висеть под потолком неподвижно, имея достаточно большие габариты и немалый вес.



    Во-вторых, данный объект должен включать закладные элементы.



    В третью очередь нам необходимо было передать фактуру материалов, как на оригинальной модели, совместив это гармонично с пластиковыми элементами.



    Мы проработали детали, вплоть до расцветки приборной панели. Материал панелей солнечных батарей — акриловые листы, вырезанные на станке с ЧПУ и покрытые автомобильной виниловой пленкой.

    Серебристый материал на поверхности СОЮЗа имитирован подручными средствами — это подкладочная черная ткань, окрашенная акриловыми красками.





    Макет устанавливался в аудитории, крепился к потолку с помощью анкеров с петлями, через которые протягивали стальные тросики, в макете были размещены специальные крючки, за которые эти тросики цеплялись.







    Космодром для запуска РН «Союз 2»




    Создание макетов строений — уже хорошо знакомая нам задача, как по собственному опыту выполнения заказов, так и по кейсам наших клиентов.

    Так что с этой частью задачи все было проще.



    Перед печатью мы смоделировали все элементы в цифровом виде. Особо изящные и детальные элементы макета распечатали на фотополимерных 3D-принтерах.



    Очень хороший метод, позволяет делать аккуратные мелкие детали с большой точностью.



    После печати и постобработки детали покрасили.





    Пусковой стол с газоотводным лотком был смоделирован из пеноплекса — ручная работа с выборкой материала из блока. Вырезали, выровняли, покрыли грунтом, покрасили и собрали.

    Здания и крупные детали печатали по цифровым моделям на FDM-принтерах.



    Для макета сконструировали стенд с креплением к стене, собранный на каркасе из прочного стального профиля и позволяющий поднять макет в вертикальное положение, когда он не востребован, и освободить место в аудитории.



    При создании стенда были рассчитаны плавность хода, нагрузки — выдержат ли вес крепления к стене, сама стена и конструкция, мы специально ездили к заказчику для определения места установки и проведения замеров.



    Сама платформа сделана из фанеры и ДВП, также применены 3D-печатные пластиковые детали из ABS. Сверху макет закрыт защитным колпаком из прозрачного акрила.



    Еще фотографии макета.















    Оборудование и материалы



    3D-принтер Hercules Strong 2019.

    Из-за срочности заказа печать производилась параллельно на нескольких разных 3D-принтерах, в том числе FDM. Среди них— Hercules Strong 2019, выбранный за хорошее качество печати и большой объем.


    3D-принтер Picaso3D Designer XPRO.

    Picaso3D Designer XPRO — еще один примененный FDM-принтер, наиболее характерные и интересные черты которого — моментальное переключение между двумя материалами, при печати с растворимыми поддержками или пластиком двух цветов, и высокое качество получаемых поверхностей.


    3D-принтер Zenit.

    Третий участвовавший в проекте FDM, как и первые два — отечественного производства, — это 3D-принтер Zenit, печатающий с толщиной слоя от 50 мкм. Он был выбран для выполнения этой задачи за надежность.


    Пластик для 3D-печати PLA SolidFilament.

    Детали печатались филаментом PLA SolidFilament разных цветов, как наиболее подходящим для последующей грунтовки и покраски.


    3D-принтеры Anycubic Photon S, Phrozen Shuffle 2019 и Formlabs Form 3.

    Для печати мелких и сложных деталей использовались фотополимерные 3D-принтеры Anycubic Photon S, Phrozen Shuffle 2019 и Formlabs Form 3,


    HARZ Labs Model LCD/DLP 1 л прозрачный — смола для фотополимерной 3D-печати.

    Фотополимер HARZ Labs Model LCD/DLP 1 л прозрачный использовался для 3D-печати сложных деталей малого размера.



    На ЧПУ-фрезере SolidCraft CNC 6090 мы вырезали крупные детали большой площади.



    Возникшие сложности и их решение


    Как это часто бывает, техзадание было неполным. Общие черты понятны, но для производства этого недостаточно. Мы назначили встречу с заказчиком и уточнили все вызывающие вопросы моменты. Спасибо Игорю Владимировичу Гуменюку за теплый прием.

    Сначала мы обсуждали методы работы и как все должно выглядеть, а затем осмотрели будущее место установки макетов и разобрались с методами их установки. Каждый этап работы над макетами согласовывался с заказчиком, вместе обсуждались возможные решения, цветовая гамма, материалы.

    Заключение




    Это был один из самых интересных заказов на создание макетов в нашей практике. В очередной раз мы убедились в том, насколько полезна может быть 3D-печать при создании объектов любых размеров и форм, особенно в сочетании с другими технологиями и нашим опытом.

    Мы безусловно рады тому, что созданные нами модели помогут в образовании будущих инженеров космической отрасли.



    Благодарим команду нашего отдела услуг за отлично и вовремя выполненную работу, приложенные усилия и творческий подход.

    Закажите макет в Top 3D Shop — внимательный индивидуальный подход и точное исполнение в комплекте.
    Top 3D Shop
    Ваш эксперт на рынке 3D-техники

    Комментарии 18

      0
      А я не нашел в 2018 рейтинге, подскажите на каком месте он там?
        0
        1001+
        +1
        Работа, конечно, выполнена большая. Ребята молодцы. Единственное пожелание — на макете стартового комплекса хотелось бы видеть большую детализацию зданий и сооружений.
          +3
          Как это делалось раньше


          В 1971 году, в школьном кружке делал примерно такой девайс:
          image
          Из ватмана и фанеры (каркас)
          Поначалу работа казалась легкой и приятной, но когда дело дошло до конусных поверхностей и их сопряжения с цилиндрическими- началось самое интересное.

          Макет устанавливался в аудитории, крепился к потолку


          Странно, мне казалось, что МАИ мог бы позволить себе полноразмерный макет (1:1)
          (вспоминая стоявшую в одном из наших учебных классов кабину от боевого вертолета — а ведь наш профиль был всего лишь одной из разновидностей радиооборудования)

            +3
            >Странно, мне казалось, что МАИ мог бы позволить себе полноразмерный макет (1:1)
            Ну, в мое время на кафедре лежала распиленная 7-ка. А в соседнем корпусе — сотка. Но дело в том, что площади-то ограничены, положить рядом 5 семерок — уже никак. Не говоря уже о стартовых сооружениях.
              0
              Не говоря уже о стартовых сооружениях.


              О них, понятно, и речи нет.

              положить рядом 5 семерок


              Поскольку я не в теме, хочу спросить — там различия настолько велики, что нужны все пять?
              В нашем случае была одна полноразмерная кабина + отдельные стойки с разновидностями исполнения р/а вне ее (вдоль стен).

              (Были отлично видны различия между внутренними и экспортными вариантами )
                0
                Не, ну я условно, разумеется. Речь не о 5 одинаковых, речь о том, что вы не сможете никогда позволить себе иметь реальную 7-ку, Ангару, Протон и т.п. — потому что некуда складывать. 7-ка и так в ангар не влезала целиком. И потом, рядом лежали настоящая Р-1, например, и Р-5 — чтобы сравнить, как развивались технологии и конструкция. И ангар там набит был под завязку.
                  0
                  что вы не сможете никогда позволить себе иметь реальную 7-ку, Ангару, Протон и т.п. — потому что некуда складывать.


                  Ну, в во второй половине 80х я лично запроектировал конструкцию размером 200х10х5 метров.
                  И ее таки реально построили, хотя понадобилась она всего один раз (так как программу закрыли во время угара перестройки).

                  Не думаю, что для МАИ не пошли бы на затраты подобного уровня.

                  (к слову, это мое творение все еще видно на картах Гугла — снести его, вероятно, оказалось не так просто. Мелочь, а приятно :)
                    0
                    >Не думаю, что для МАИ не пошли бы на затраты подобного уровня.
                    Э, ну я еще раз уточню — на кафедре 601 лежит (лежала, я там давненько не бывал) реальная 7-ка. И куча других реальных изделий поменьше. Я лишь о том, что забить все кафедры изделиями такого размера не получится.
                      0
                      Э, ну я еще раз уточню — на кафедре 601 лежит (лежала, я там давненько не бывал) реальная 7-ка


                      Да, я посмотрел фото ниже. Впечатляет.

                      Я лишь о том, что забить все кафедры изделиями такого размера не получится.


                      В принципе — все возможно:
                      image
              +2
              на кафедре института полноразмерные не макеты

                0
                На нижнем снимке — советский лунный модуль?
                  0
                  ЕМНИП — да.
                    0
                    да, один из летных ОО, все в наличии (и двигательная установка), хоть завтра в полёт =)

                0
                3 картинки в кате, одна из которых ещё и оскорбляет чувства неверующих в windows!
                  0
                  Красиво. Хорошие труды вложены.
                  Но, вот как это поможет образованию — убей, не пойму. Общие картинки будущему профессионалу не дадут почти ничего, а детализации с пониманием конструктива всё равно нужной не будет.
                  Впрочем, очевидно, я просто не из того времени.
                    0
                    Уважаемый автор!
                    Исправьте, пожалуйста, подпись под 1-м снимком: это и есть один из корпусов МАИ, выходящий на Ленинградское шоссе. А не «Управа района Аэропорт».
                      0
                      Это источник фото указан. )
                      Подпись поправили, для полной ясности.

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое