В настоящее время промышленность для дальнейшей эффективной работы должна все время повышать свои производственные и экономические показатели. Для выполнения этого требования необходимо постоянно оптимизировать производство, повышать качество своей продукции, разрабатывать новые современные типы изделий [2]. В современном мире разработка и проектирование новых изделий производится автоматизировано, с использованием специального программного обеспечения. В разработке современной инновационной продукции важным звеном является система автоматизированного проектирования (САПР). Она позволяет в автоматическом режиме решать задачи конструирования, проводить необходимые инженерные расчеты и технологическую подготовку производства, изготавливать изделия.
В САПР выделяют следующие системы проектирования:
- Функциональная. Ее называют системой расчетов и инженерного анализа или системой CAE. CAE включает в себя программное обеспечение, предназначенное для решения разнообразных инженерных задач, которые включают в себя расчёты, анализ и моделирование физических явлений и процессов. Технология CAE позволяет оценить поведение программной имитационной модели технологического процесса или объекта в реальных условиях эксплуатации. Она доказывает работоспособность данной модели без привлечения больших затрат времени и средств.
- Конструкторская. Системы конструкторского проектирования называют системами CAD. CAD технология включает в себя программное обеспечение, которое необходимо для автоматизации двумерного и трехмерного проектирования, создания необходимой конструкторской и производственно-технологической документации.
- Технологическая. CAM-технология представляет собой автоматизированную систему, предназначенную для компьютеризированной подготовки производства [2].
Внедрение в промышленное производство САПР и технологий компьютерного проектирования привело к комплексному развитию CALS-технологий. CALS-технологии используют различные CAD/CAM/CAE-системы. Использование в производстве CALS-технологий позволит повысить конкурентоспособность промышленных предприятий и их продукции, существенно уменьшить объёмы проектных работ, сократить затраты на производство и закупку продукции, снизить стоимость эксплуатации техники, уменьшить сроки закупки запасных изделий. CALS-технологии позволят сократить время вывода современной инновационной продукции, повысить экономическую эффективность производства. Например, в оборонной промышленности и военно-технической инфраструктуре Министерства обороны США использование CALS-технологий позволило ускорить выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) на 40 %, снизить затраты на закупку продукции на 30%, уменьшить сроки закупки запасных частей на 22 %.
В настоящее время в различных отраслях промышленности при разработке и моделировании новой современной продукции находят применение аддитивные технологии. Аддитивные технологии предполагают изготовление изделия по данным цифровой CAD-модели методом послойного добавления материала. Их называют также технологиями послойного синтеза. Они позволяют значительно ускорить проведение НИОКР. Данные технологии в ближайшем будущем, по мнению экспертов в этой области, будут использованы и при конечном производстве продукции.
Для быстрого прототипирования используются устройства 3D-печати, что позволяет значительно ускорить время разработки новой продукции. 3D-печать помогает уменьшить стоимость производства небольших партий продукции, так как нет необходимости в создании специального производственного оборудования. Прототипы продукции позволяют провести необходимую предварительную оценку и протестировать необходимые характеристики перед серийным производством продукции. 3D-принтер «распечатывает» цифровые файлы трехмерных моделей при помощи последовательного нанесения друг на друга слоев необходимого материала. В качестве материала могут использоваться жидкие полимеры, порошковые металлы, ABS, PVA и PLA пластик, фотополимеры, нейлон и другие материалы. Слои соединяются между собой при помощи специального клея или лазером. По сравнению с традиционными технологиями изготовления продукции (например, литьем), аддитивные технологии являются практически безотходными, более компактными и экономичными.
Массовому распространению 3D-печати в настоящее время мешает достаточно высокая стоимость оборудования, но в ближайшем будущем стоимость аддитивных технологий будет уменьшаться и в конечном итоге 3D-печать будет использоваться повсеместно.