Создание облегчённой ракетки для настольного тенниса, выполненной из сверхлёгких композиционных материалов

Актуальность

Идея о создании ракетки пришла авторам в голову, когда они играли на перемене в теннис. Во время игры было замечено, что руки уже к середине игры очень сильно устают. Именно тогда пришла мысль о создании более лёгкой ракетки для настольного тенниса, которая будет комфортно лежать в руке и не причинять неудобств. Было принято решение делать её с помощью FDM-технологий и композитных материалов, ведь применение технологий 3D-моделирования и 3D-печати позволяет создавать ракетки для каждого человека с учётом его индивидуальных особенностей и снижать стоимость таких индивидуальных изделий, а композит, искусственный сплошной неоднородный материал с чёткими границами раздела, очень поможет в создании основания ракетки.

Цель

Создать лёгкую ракетку для настольного тенниса с помощью аддитивных технологий и технологии вакуумной инфузии.

Задачи

1. Изучить строение ракетки для настольного тенниса.
2. Смоделировать детали ракетки в Autodesk Inventor Professional 2020.
3. Подготовить и осуществить печать ручки ракетки на 3D-принтере.
4. Создать композитное основание ракетки.
5. Собрать ракетку, измерить массу и проанализировать соответствие задуманной форме.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Компьютер с установленным ПО (Autodesk Inventor Professional 2020, программа-слайсер Maestro Wizard 3.6.0)
• 3D-принтер Maestro Solo
• Оборудование для вакуумной инфузии

Описание

Работа над проектом состояла из нескольких этапов.

На начальном этапе авторы изучили существующие модели ракеток. Измерили вес и длину, определили объём классической ракетки.

На следующем этапе приступили к моделированию ручки ракетки. Был выбран метод построения объёмных тел путём соединения сечений детали в Autodesk Inventor – это команда «Лофт».

В работе использовали программу Maestro Wizard.

На втором этапе была подготовлена деталь ручки ракетки и получен итоговый файл в G-код.

На следующем этапе авторы запустили программу на 3D-принтере и получили напечатанные ручки для ракетки, а также оснастку для изготовления композитного основания ракетки. Напечатали тестовый образец ручки, используя ABS-филамент, на 3D-принтере Maestro Solo.

На четвёртом этапе было изготовлено основание. Для его изготовления был выбран композит с использованием углеткани, конструкционного пенопласта Airex и двусоставной эпоксидной смолы по технологии вакуумной инфузии, оборудования «Инжинириума МГТУ им. Н.Э. Баумана», объединяющего мобильную вакуумную станцию, вакуумную ловушку для смолы с резервуаром дегазации и подогреваемый стол.  

При помощи полученных умений в работе с FDM-технологиями на уроках 3D-моделирования авторы создали более удобную, экономичную, доступную 3D-модель ракетки для настольного тенниса.

Результаты работы/выводы

После окончания работы ракетка была протестирована и оправдала все ожидания авторов. Изделие получилось абсолютно безопасным, ведь композит находится в полностью затвердевшем состоянии. Ракетка оказалась более лёгкой (её вес составил 104 г); изделие получилось более экономичным, практичным, удобно лежало в руке и позволяло игроку легче выполнять задуманные движения, не отвлекаясь на неудобства.

Модель полностью соответствует ожиданиям на практике:

• более легкая, мы смогли долго вести партию;
• более точные и мощные удары;
• концентрация на противнике без отвлечения на боль в руках.

Перспективы использования результатов работы

Сделать игру в настольный теннис более комфортной. Запустить ракетку в массовое производство.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

АНО ДО «Инжинириум МГТУ им. Н.Э. Баумана»