В 2025 году АСКОН выпустит новый программный продукт «КОМПАС-3D: Композиты», систему проектирования и подготовки производства изделий из композиционных материалов (композитов). Её разработка ведётся при участии Индустриального центра компетенций «Двигателестроение» в рамках реализации особо значимого проекта в АО «ОДК-Авиадвигатель». Планируется, что система станет заменой зарубежному программному обеспечению Fibersim.

Над «КОМПАС-3D: Композиты» работает профессиональная команда — это и создатели легендарной САПР КОМПАС-3D, и отраслевые эксперты, и инженеры по внедрению с богатым производственным опытом. При разработке используется мощный движок — отечественное геометрическое ядро C3D, которое защищено от санкций и может развиваться под задачи приложения.

Чтобы заранее познакомить пользователей с возможностями продукта, команда КОМПАС-3D подготовила статью. Автор — Дмитрий Крекин, руководитель группы продуктового сопровождения маркетинга КОМПАС-3D. В статье использованы материалы, предоставленные НПО «АэроВолга», разработчиком и производителем самолётов-амфибий.

Что даёт применение специализированной САПР полимерных композитных материалов (ПКМ)? Во-первых, ускорение конструкторско-технологической подготовки производства за счёт автоматизации сложных и/или рутинных задач. Во-вторых, повышение качества изделия и снижение количества брака, т. к. можно заранее спрогнозировать, как материал слоя поведёт себя при укладке. В-третьих, при использовании связки «программное обеспечение + оборудование» можно снизить количество отходов, увеличить эффективность производства и обеспечить высокую «повторяемость» деталей.

Изделия из ПКМ превосходят большинство металлов и сплавов по своей прочности, легкости, коррозионной стойкости, износоустойчивости и относительной простоте формования. Ключевые отрасли применения композитов очевидны — это двигателе-, авиа-, судостроение, автопром, космос и некоторые другие.

В основе «КОМПАС-3D: Композиты» лежит подход послойного моделирования. Продукт ориентирован на изделия из слоистых пластиков (ламинатов), где в качестве усиления могут применяться армирующие волокна, а полимерным связующим чаще всего является смола.

Функциональные возможности «КОМПАС-3D: Композиты»

CAD-приложение функционирует в интерфейсе КОМПАС-3D и реализует как конструкторские, так и технологические задачи. Рассказываем о возможностях нового продукта на примере самолёта-амфибии BOREY, созданного самарской компанией ООО «НПО «АэроВолга» с помощью КОМПАС-3D. Самолёт содержит большое количество композитных деталей и составных частей, которые изготавливаются на собственном производстве.

Рассмотрим композитную деталь «Панель боковая» — это составная часть фюзеляжа, в который также входят Киль и Днище.

Перед началом работы с композитами необходимо подготовить исходную поверхность. Это делается базовыми средствами КОМПАС-3D. Например, можно скопировать часть теоретической модели самолёта, что позволит учесть возможные изменения исходных данных.

Поверхность готова. Теперь в процесс включается приложение «КОМПАС-3D: Композиты».

Начинаем с создания пакета, в котором позднее будут сгруппированы слои, относящиеся к области надстройки. Указываем поверхность выкладки будущих слоёв (на неё будем послойно укладывать ткань), определяем инженерную границу пакета и его ориентацию в 3D-пространстве. Пакет показан серым цветом.

Здесь же выбираем материал, который будет назначаться всем новым слоям пакета. Выбор осуществляется из нормативно-справочной системы ПОЛИНОМ:MDM — это обширная база материалов, сортаментов, покрытий и не только. Специально для работы с новым продуктом мы ввели некоторые композитные материалы: армирующие, вакуумные и препреги. Недостающие материалы пользователь может внести в базу самостоятельно. В нашем конкретном случае требуется сухая стеклоткань.

Пакет готов. Далее приступаем к созданию слоёв. Слой — это единица укладываемой ткани. Текущий слой кладём не по всей поверхности пакета, а только в нужную область — переднюю часть надстройки. Вливаем слой в границы пакета и назначаем материал.

Ограничивать контур слоя можно пространственными кривыми и/или плоскостями.

Обязательно задаём направление волокон в процессе укладки ткани. Материал может быть отличным от материала пакета, но в данном случае сухая стеклоткань нас устраивает.

Аналогично создаются все остальные слои композитной модели.

Вид в сечении. Это инструмент визуального контроля выкладки слоёв в конкретных местах или сечениях. Цвет указывает на направление основы (ориентацию нити): синий цвет — 0 градусов, зелёный — 45, жёлтый — 90.

Навигатор структуры. Универсальный инструмент, необходимый и конструктору, и технологу.

Навигатор не только содержит состав композитного изделия, но и позволяет управлять слоями — создавать новые, сортировать, копировать и удалять. Копирование позволяет быстрее создавать новые слои на основе других.

Далее ещё один промежуточный этап, который реализуется базовыми возможностями КОМПАС-3D — подготовка технологической оснастки, то есть формы, на которую будет выкладываться композитный материал.

Композитная заготовка, как правило, имеет припуск под обрезку. Поверхность с припуском называется «технологической». Именно поэтому в теме ПКМ помимо конструкторских слоёв выделяют и технологические. До текущего момента мы работали только с конструкторскими.

Технологические слои (далее «техслои»). Это объект технолога — именно по техслоям изделие готовится к раскрою и выкладке. Здесь технолог назначает технологический припуск материалу. Команда «Слои по ссылке» позволяет автоматизировать процесс, то есть создать техслои на основе конструкторских.

Ключевым здесь является то, что сохраняется ассоциативная связь с конструкторским слоем (как первоисточником). Например, при изменении геометрии теоретической модели, будет обновлена геометрия и конструкторских, и технологических слоёв.

Анализ драпируемости. Драпируемость — свойство материала принимать требуемую форму. Крайне важно ещё до производства понимать, как композитный материал поведёт себя при выкладке, и спрогнозировать возможные дефекты — складки и растяжения.

В приложении «КОМПАС-3D: Композиты» реализовано представление в виде сетки, которую можно масштабировать. Красный цвет сетки указывает на область появления дефектов, синий — дефектов нет, жёлтый — пограничное состояние, на которое тоже нужно обращать внимание.

Команда «Разрез в слое» позволяет создать надрезы или вырезы для устранения дефектов. Разрез может быть П- или V-образной формы, можно регулировать его ширину. В результате красные зоны мы устранили.

Наконец, всегда помним, что цель КТПП — дать необходимые и достаточные данные для изготовления.

К примеру, для нарезки слоёв на производстве применяют специальные «раскройные» плоттеры с ЧПУ, которые работают через векторный универсальный формат DXF. Все развёртки можно поместить в один документ либо каждую — в отдельный. Экспортируется контур развёртки, обозначение и наименование слоя, точка выкладки и направление волокон.

Ещё на производстве можно встретить лазерные проекционные системы. Такой проектор подсвечивает точное место выкладки технологического слоя. Лазер показывает границу слоя, точку и направление укладки. Также проектор необходимо откалибровать по оснастке. Приложение «КОМПАС-3D: Композиты» позволяет сформировать данные для проецирования и калибровки в формат XML.

Указанная выше функциональность продукта уже реализована и будет дорабатываться. В планах развития — моделирование заполнителей, зонный метод проектирования, таблица слоёв, интеграция с другим программным обеспечением.