УДК 621.77.04

Аддитивные технологии в дизайне: преимущества, ограничения и способы их решения

Сафин Дмитрий Юсупович – старший преподаватель, доцент кафедры Промышленного дизайна Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет).

Мазнев Евгений – студент магистратуры факультета Машиностроительных технологий Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет).

Аннотация: В статье рассматривается определение, терминология, роль аддитивных технологий в профессиональной деятельности дизайнеров; актуализируется и прослеживается междисциплинарная связь, нацеленная на освоение инновационных технологий в дизайн-образовании и внедрение в практику дизайнера 3D-печати на основе компьютерного моделирования объектов дизайна.

Аддитивные технологии позволяют дизайнерам создавать сложные геометрические формы, экспериментировать с материалами и прототипировать макеты быстро и эффективно. Однако они имеют ограниченный выбор материалов и могут быть сложными при создании определенных форм.

В свою очередь научные открытия продвижение в области материалов и технологий позволит преодолеть эти ограничения. Предложены пути решения, включая разработку новых материалов, улучшение процессов печати и поддержки конструкций. Результаты исследования подчеркивают значимость аддитивных технологий в дизайне и их потенциал для улучшения производства и инноваций.

Статья демонстрирует, что аддитивные технологии открывают двери к новым возможностям в сфере дизайна, разработки продуктов и производстве. С учетом их преимуществ, ограничений и вариантов решения, аддитивные технологии становятся все более значимыми в мире дизайна и инноваций. По мнению авторов, эта область, требует дальнейших исследований, сотрудничества и развития, чтобы лучше использовать потенциал аддитивных технологий и внести значительный вклад в современное производство и дизайн.

Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D-моделирование, 3D-печать, проектирование, дизайн, производство.

Аддитивные технологии являются новаторским методом создания трехмерных объектов, который отличается от традиционных процессов производства. Аддитивные технологии, которые включают в себя процессы 3D-печати и аддитивного моделирования, представляют собой инновационный и перспективный подход к созданию трехмерных объектов. В отличие от традиционных методов, основанных на удалении материала (вырубка, фрезеровка) или литье, аддитивные технологии обеспечивают последовательное нанесение материала. Данная технология имеет огромный потенциал в области дизайна и вносит значительные изменения в сам процесс разработки. Одним из основных преимуществ аддитивных технологий является возможность создания сложных геометрических форм, которые традиционными способами были бы очень сложны или даже невозможны в реализации. Дизайнеры могут экспериментировать с формами и материалами, создавая уникальные изделия. Например, они могут создавать сложные органические формы, которые ранее были доступны только в воображении.

Аддитивные технологии также позволяют дизайнерам легко и быстро производить прототипы своих идей. Раньше для создания прототипа требовалось большое количество времени и средств, а сейчас это можно сделать всего лишь за несколько часов или даже минут. Это дает возможность применения более быстрого цикла разработки и позволяет дизайнерам проводить испытания и оперативно вносить корректировки, прежде чем перейти к реализации финальной версии продукта. Кроме того, данный процесс экономит ресурсы и снижает возможные потери. Учитывая все факторы, использование аддитивных технологий может значительно ускорить процесс в некоторых аспектах процесса разработки:

Прототипирование: одной из ключевых областей, где аддитивные технологии демонстрируют свою высокую эффективность, является создание прототипов. Вместо того чтобы ждать недели или даже месяцы, чтобы получить созданный прототип с использованием традиционных процессов, дизайнеры могут использовать 3D-печать для быстрого создания физических моделей своих идей. Это позволяет быстро проверить форму, размер, функциональность и эргономику продукта. Благодаря этому можно раньше выявить ошибки и внести необходимые изменения, что в свою очередь сокращает время, затрачиваемое на разработку и производство.
Итерационный процесс: аддитивные технологии также ускоряют итерационный процесс разработки. Дизайнеры могут быстро внести изменения в свои модели и создать новые прототипы для оценки этих изменений. Это позволяет им более быстро и точнее настраивать дизайн и достигать желаемого результата. В традиционных методах производства изменения могут занимать гораздо больше времени и требовать новых инструментов или форм.
Ускоренное принятие решений: благодаря быстрой возможности получения физических моделей и прототипов, дизайнеры могут более оперативно сделать выводы и принимать решения на основе реальных данных и ощущений. Это снижает неопределенность и позволяет ускорить процесс принятия решений, что в итоге приводит к более быстрой разработке.
Сокращение времени и затрат на производство: аддитивные технологии также могут значительно сократить время и затраты на производство самого изделия после завершения разработки. Когда дизайн готов, модель может быть напечатана в реальном масштабе или в масштабе, достаточном для проведения дополнительных испытаний и тестов. Это позволяет экономить время и ресурсы, минимизировать риски и ускорить процесс запуска изделия в производство.
Индивидуализация и массовая настройка: аддитивные технологии также предоставляют возможность для индивидуализации и массовой настройки продуктов. Дизайнеры могут создать уникальные элементы дизайна, основываясь на конкретных потребностях и предпочтениях клиентов. Например, они могут добавлять персонализированные элементы в мебель или создавать уникальные детали в одежде. Это может быть особенно полезно в сферах, где индивидуальность и уникальность являются важными аспектами производства.

При всех преимуществах данной технологии существует и ряд ограничений, которые специалист должен учитывать в процессе создания продукта:

Выбор материалов: одним из основных ограничений аддитивных технологий является ограниченный выбор доступных материалов. В сравнении с традиционными методами производства, которые могут использовать широкий спектр материалов (металлы, пластмассы, дерево и др.), аддитивные технологии имеют ограниченное количество материалов, с которыми можно работать. Это может ограничить определенные применения и производственные возможности. Однако, исследования в области разработки новых материалов для аддитивных технологий активно ведутся, и в будущем выбор доступных материалов, вероятно, значительно расширится.
Сложность создания определенных форм: в некоторых случаях, создание сложных или тонких структур может быть сложным или даже невозможным с использованием аддитивных технологий. Например, углубления, длинные свесы или тонкие структуры могут быть недостаточно прочными или подвержены деформации в процессе печати. Это может быть особенно проблематично при работе с материалами с высокой вязкостью или ограниченной поддержкой структур. Однако, с развитием технологий и разработкой более точных и точных принтеров 3D, эти ограничения могут быть преодолены.
Ограниченная прочность материалов: еще одним ограничением аддитивных технологий является ограниченная прочность материалов, используемых в процессе. Некоторые материалы, используемые для 3D-печати, могут иметь более низкую прочность и устойчивость к нагрузкам по сравнению с традиционными материалами. Это может ограничивать применение аддитивных технологий в некоторых отраслях, таких как авиационная, автомобильная или машиностроительная. Однако, исследования в области разработки новых материалов и процессов производства позволяют снижать ограничения на прочность и качество изделий, что увеличивает их пригодность для использования в более широком ряде приложений.
Стоимость и сложность оборудования: еще одним ограничением аддитивных технологий является высокая стоимость оборудования и сложность его установки и эксплуатации. Промышленные 3D-принтеры и прочие устройства для аддитивного производства требуют значительных инвестиций и опыта для их использования. Более доступные настольные 3D-принтеры могут быть ограничены в возможностях и размере печати. Однако, с развитием технологий и ростом конкуренции на рынке, можно ожидать снижения стоимости и повышения доступности такого оборудования.

Для преодоления указанных ограничений аддитивных технологий, необходимы последующие исследования и разработки. Повышение доступности материалов, разработка новых способов создания сложных форм, улучшение прочностных свойств и снижение стоимости оборудования являются приоритетами для дальнейшего развития. Возможные решения могут включать разработку новых материалов с оптимальными свойствами, улучшение процессов печати, создание новых методов поддержки и укрепления структур, а также облачные технологии и совместное использование оборудования для снижения затрат. Важным аспектом является также обучение и обмен опытом между специалистами в области аддитивных технологий и дизайна.

Некоторые материалы могут быть дорогими или недоступными для 3D-печати, а некоторые формы могут быть сложными для воспроизведения из-за ограничений в структуре печатаемых слоев. Однако с развитием технологий и появлением новых материалов эти ограничения постепенно устраняются или снижаются.

Список литературы

Аршамова-Тельник Г.С. Аддитивные технологии: новационный эффект в промышленности. Вестник ВГУИТ, 2020, с. 351.
Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н., Аддитивные технологии в машиностроении. Издательство политехнического университета Санкт-Петербург, 2013, с. 23.
Гамов Е.С., Кукушкина В.А., Чернышова М.И., Хечиашнили И.Т., Аддитивные технологии в дизайне и художественной обработке материалов. Издательство Липецкого государственного технического университета, 2019, с. 37-39.
Василенко Е.В., Мурадова В.В. 3D-печать и ее применение в дизайне. Издательство Московского государственного университета технологий и управления им. К.Г. Разумовского, 2021, с 7.
Виды 3D-печати [Электронный ресурс]. URL: https://3ddevice.com.ua/3d-pechat/vidy-3d-pechati/
Аддитивное производство и 3D-печать [Электронный ресурс]. URL: https://blog.iqb.ru/additive-manufacturing-basics/ (дата обращения 16.10.2023)
Аддитивные технологии в современном искусстве и дизайне [Электронный ресурс]. URL: https://3d-week.ru/additivnye-tehnologii-v-sovremennom-iskusstve-i-dizajne/