priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-7-623-632pribor-394Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВDESIGN AND PRODUCTION TECHNOLOGY OF INSTRUMENTSПрименение аддитивных технологий в подготовке листового штамповочного производстваApplication of additive technologies in the preparation of sheet stamping productionЛопатовМ. Г.LopatovM. G.

Максим Геннадьевич Лопатов — аспирант; факультет систем управления и робототехники; кафедра технологии приборостроения

Санкт-Петербург

Maksim G. Lopatov — Post-Graduate Student; Faculty of Control Systems and Robotics; Department of Instrumentation Technologies

 St. Petersburg

max.lopatov@rambler.ruТимофееваО. С.TimofeevaO. S.

Ольга Сергеевна Тимофеева — канд. техн. наук; факультет систем управления и робототехники; доцент

Санкт-Петербург

Olga S. Timofeeva — PhD; Faculty of Control Systems and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg

otimofeeva@itmo.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202509082025687623632Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/394

Обсуждаются особенности листового штамповочного производства, которое отличается скоростью и стабильностью процесса изготовления деталей с высокой повторяемостью формы, в связи с чем данная технология широко применяется в условиях массового производства. С появлением большого числа опытно-конструкторских работ листовую штамповку все чаще применяют для изготовления малых серий изделий. Длительность технологической подготовки производства превышает длительность непосредственно процесса штамповки, что обусловливает необходимость применения способов повышения эффективности производства, а также сокращения временных и финансовых затрат. Одним из важнейших показателей конкурентоспособного штамповочного производства является показатель его гибкости — скорость переналадки. Применение современных аддитивных технологий позволит вывести скорость переналадки штамповочного оборудования на новый уровень. Представлен обзор публикаций на предмет оценки возможности применения аддитивных технологий при изготовлении штамповой оснастки и приведен анализ преимуществ и недостатков использования оснастки.

The features of sheet stamping production are discussed. The technology is characterized by the speed and stability of the manufacturing process of parts with high shape repeatability, and therefore it is widely used in mass production. Due to the appearance of a large number of experimental design works, sheet stamping is increasingly used for the manufacture of small series of products. The duration of the technological preparation of production exceeds the duration of the stamping process itself, which necessitates the use of methods to increase production efficiency, reduce time and financial costs, as well as one of the most important indicators of competitive stamping production is its flexibility - the speed of changeover. The use of modern additive technologies is supposed to bring the changeover speed of stamping equipment to a new level. An overview of publications on the assessment of the possibility of using additive technologies in the manufacture of screw tooling is presented, as well as an analysis of the advantages and disadvantages of using tooling.

технологическая подготовка производствалистовая штамповкааддитивные технологииформообразующая детальмелкосерийное производствоtechnological preparation of productionsheet metal stampingadditive technologiesmolding partsmallscale productionReferencesМитрофанов С. П. Групповая технология машиностроительного производства. Т. 1. Организация группового производства. Л.: Машиностроение, 1983. 407 с.Mitrofanov S.P. Gruppovaya tekhnologiya mashinostroitel'nogo proizvodstva. T.1. Organizatsiya gruppovogo proizvodstva (Group Technology of Mechanical Engineering Production. Vol. 1. Organization of Group Production), Leningrad, 1983, 407 р. (in Russ.)Гибкие технологические системы холодной штамповки / Под общ. ред. С. П. Митрофанова. Л.: Машиностроение, 1987. 287 с.Mitrofanov S.P. et al. Gibkiye tekhnologicheskiye sistemy kholodnoy shtampovki (Flexible Technological Systems of Cold Stamping), Leningrad, 1987, 287 р. (in Russ.)Технологическая подготовка гибких производственных систем / С. П. Митрофанов, Д. Д. Куликов, О. Н. Миляев, Б. С. Падун; Под общ. ред. С. П. Митрофанова. Л.: Машиностроение, 1987. 352 с.Mitrofanov S.P., Kulikov D.D., Milyaev O.N., Padun B.S. Tekhnologicheskaya podgotovka gibkikh proizvodstvennykh system (Technological Preparation of Flexible Manufacturing Systems), Leningrad, 1987, 352 р. (in Russ.)Любимов В. И., Белявин К. Е. Организационно-технические основы гибкого автоматизированного производства: Метод. пособие. Минск: БНТУ, 2012. 200.Lyubimov V.I., Belyavin K.E. Organizatsionno-tekhnicheskiye osnovy gibkogo avtomatizirovannogo proizvodstva (Organizational and Technical Foundations of Flexible Automated Production), Minsk, 2012, 200 р. (in Russ.)Васильев В. Н., Садовская Т. Г. Организационно-экономические основы гибкого производства. М.: Высш. школа, 1988. 272 с.Vasiliev V.N., Sadovskaya T.G. Organizatsionno-ekonomicheskiye osnovy gibkogo proizvodstva (Organizational and Economic Foundations of Flexible Production), Moscow, 1988, 272 р. (in Russ.)Егоров К. Н., Егорова С. А., Петрякова В. Г. Аддитивные технологии в медицине: области и технологии применения, преимущества, недостатки и перспективы развития // Перспективы развития науки в современном мире: Сб. статей по материалам VI Междунар. науч.-практ. конф., Уфа, 29 июня 2021 г. Уфа: НИЦ „Вестник науки“, 2021. С. 21–41.Egorov K.N., Egorova S.A., Petryakova V.G. Perspektivy razvitiya nauki v sovremennom mire (Prospects for the Development of Science in the Modern World), Collection of scientific articles of the VI International Scientific and Practical Conference, Ufa, June 29, 2021, рр. 21–41. (in Russ.)Нагибович О. А., Голота А. С., Крассий А. Б. Современное состояние и перспективы клеточных технологий, аддитивного производства и тканевой инженерии в военной медицине // Военно-медицинский журнал. 2019. Т. 340, № 4. С. 60–63.Nagibovich O.A., Golota A.S., Krassiy A.B. Voyenno-meditsinskiy zhurnal, 2019, no. 4(340), pp. 60–63. (in Russ.)Смуров И. Ю., Конов С. Г., Котобан Д. В. О внедрении аддитивных технологий и производства в отечественную промышленность // Новости материаловедения. Наука и техника. 2015. № 2(14). С. 11–22.Smurov I.Yu., Konov S.G., Kotoban D.V. Materials Science News. Science and Technology, 2015, no. 2(14), pp.). С. 11–22. (in Russ.)Дремухин М. А., Наговицин В. Н. Применение аддитивных технологий в машиностроении для изготовления формообразующей оснастки // Космические аппараты и технологии. 2022. Т. 6, № 1(39). С. 21–28. DOI: 10.26732/j.st.2022.1.03.Dremukhin M.A., Nagovitsyn V.N. Spacecraft and Technologies, 2022, no. 1(6), pp. 21–28, DOI 10.26732/j. st.2022.1.03. (in Russ.)Калиш П. Э. Применение аддитивных технологий при изготовлении оснастки для литья композитов // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2022. № 12. С. 589–594. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-589-595.Kalish P.E. News of the Tula state university. Technical sciences, 2022, no. 12, pp. 589–594, DOI 10.24412/2071-6168-2022-12-589-595. (in Russ.)Чемодуров А. Н. Применение аддитивных технологий в производстве изделий машиностроения // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2016. № 8–2. С. 210–217.Chemodurov A.N. News of the Tula state university. Technical sciences, 2016, no. 8-2, pp. 210–217. (in Russ.)Мирошниченко В. С., Голофаев А. Н., Тараненко Н. А. Аддитивные технологии в литейном производстве // Металлургия XXI столетия глазами молодых: Сб. докл. V Междунар. науч.-практ. конференции молодых ученых и студентов, Донецк, 22 мая 2019 г. Донецк: Донецкий нац. техн. ун-т, 2019. С. 111–113.Miroshnichenko V.S., Golofaev A.N., Taranenko N.A. Metallurgiya XXI stoletiya glazami molodykh (Metallurgy of the 21st Century through the Eyes of the Young), Collection of Reports of the V International Scientific and Practical Conference of Young Scientists and Students, Donetsk, May 22, 2019, рр. 111–113. (in Russ.)Гайсина Д. Г. Аддитивные технологии в ювелирном производстве// Research and Development – 2024: Сб. статей Междунар. науч.-практ. конф., Петрозаводск, 20 мая 2024 г. Петрозаводск: „Новая Наука“, 2024. С. 34– 40.Gaysina D.G. Research and development – 2024, Collection of Articles from the International Scientific and Practical Conference, Petrozavodsk, May 20, 2024, рр. 34–40. (in Russ.)Лунева Д. А., Кожевникова Е. О., Калошина С. В. Применение 3D-печати в строительстве и перспективы ее развития // Вестн. Перм. нац. исследоват. политехн. ун-та. Строительство и архитектура. 2017. Т. 8, № 1. С. 90–101. DOI: 10.15593/2224-9826/2017.1.08.Luneva D.A., Kozhevnikova E.O., Kaloshina S.V. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Construction and Architecture, 2017, no. 1(8), pp. 90–101, DOI 10.15593/2224-9826/2017.1.08. (in Russ.)3D-печать в строительстве / Н. И. Ватин, Л. И. Чумадова, И. С. Гончаров и др. // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 1(52). С. 27–46. DOI: 10.18720/CUBS.52.3.Vatin N.I., Chumadova L.I., Goncharov I.S. et al. Construction of Unique Buildings and Structures, 2017, no. 1(52), pp. 27–46, DOI 10.18720/CUBS.52.3.Конакова И. П., Пирогова И. И. Шероховатости поверхностей и их практическое применение в программе КОМПАС: Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. 104 с.Konakova I.P., Pirogova I.I. Sherokhovatosti poverkhnostey i ikh prakticheskoye primeneniye v programme KOMPAS (Surface Roughness and its Practical Application in the KOMPAS Program), Ekaterinburg, 2014, 104 р. (in Russ.)Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / Под ред. Л. И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. 496 с.Rudman L.I., ed., Spravochnik konstruktora shtampov: Listovaya shtampovka (Stamp Designer's Handbook: Sheet Stamping, Moscow, 1988, 496 р. (in Russ.)Asnafi N., Rajalampi J., Aspenberg D. Design and Validation of 3D-Printed Tools for Stamping of DP600 // IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2019.Asnafi N., Rajalampi J., Aspenberg D. IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 2019, no. 1(651), pp. 012010, DOI:10.1088/1757-899X/651/1/012010.Skåre T., Asnafi N. Forming and trimming of 2-mm thick DP600 sheet steel in tools and dies 3D-printed in maraging steel by laser-based powder bed fusion // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. N 967. P. 012040. DOI: 10.1088/1757-899X/967/1/012040.Skåre Th. & Asnafi N. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 967, рр. 012040, 10.1088/1757-899X/967/1/012040.Asnafi N., Rajalampi J., Aspenberg D., Alveflo A. Production Tools Made by Additive Manufacturing Through Laserbased Powder Bed Fusio // BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte. 2020. N 165. DOI: 10.1007/s00501-020-00961-8.Asnafi N., Rajalampi J., Aspenberg D., & Alveflo A. BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 2020, vol. 165, 10.1007/s00501-020-00961-8.Кононов И. Ю., Аксёнов Л. Б. Использование пластиковых штампов, изготовленных 3D-печатью, в обработке металлов давлением // Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 6. С. 22–26.Kononov I.Yu., Aksenov L.B. Zagotovitel'nyye proizvodstva v mashinostroyenii, 2016, no. 6, pp. 22–26. (in Russ.)Кононов И. Ю., Аксенов Л. Б. Формовка гофрированных мембран в пластиковых штампах, изготовленных 3-D печатью // Неделя науки СПбПУ: Материалы науч. конф. с международным участием. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. Ч. 2. C. 215–218.Kononov I.Yu., Aksenov L.B. Nedelya nauki SPbPU (SPbPU Science Week), Proceedings of the Scientific Conference with International Participation, IMMiT, Part 2, St. Petersburg, 2016, рр. 215–218. (in Russ.)Du Z. H., Chua C. K., Chua Y. S., Loh-Lee K. G., Lim S. T. Rapid sheet metal manufacturing, Part 1: indirect rapid tooling // Intern. Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2002. Vol. 19, № 1. P. 411–417.Du Z.H., Chua C.K., Chua Y.S., Loh-Lee K.G., Lim S.T. Intern. J. of Advanced Manufacturing Technology, 2002, no. 1(19), pp. 411–417.Durgun I. Sheet metal forming using FDM rapid prototype tool // Rapid Prototyping Journal. 2015. Vol. 21, № 4. P. 412–422.Durgun I. Rapid Prototyping Journal, 2015, no. 4(21), pp. 412–422.Changeable and Reconfigurable Manufacturing Systems / Ed. Hoda A. ElMaraghy. London: Springer-Verlag, Ltd, 2009.ElMaraghy H.A., ed., Changeable and Reconfigurable Manufacturing Systems, Springer-Verlag, London, 2009.Tondini F., Arinbjarnar U., Basso A., Nielsen C. V. 3D printing to facilitate flexible sheet metal forming production // Procedia CIRP. 2021. Vol. 103. P. 91–96.Tondini F., Arinbjarnar U., Basso A., Nielsen Ch.V. Procedia CIRP, 2021, vol. 103, pр. 91–96.Cheah C. M., Chua C. K., Lee C. W., Lim S. T., Eu K. H., Lin L.T. Rapid sheet metal manufacturing. P. 2. Direct rapid tooling // Advanced Manufacturing Technology. 2002. Vol. 19, N 7. P. 510–515.Cheah C.M., Chua C.K., Lee C.W., Lim S.T., Eu K.H., Lin L.T. Advanced Manufacturing Technology, 2002, no. 7(19), pp. 510–515.Сережкин М. А., Гроссман М. Ф. Оценка работоспособности инструмента, изготовленного методом FDMпечати, для вытяжки листового металла // Заготовительные производства в машиностроении. 2023. Т. 21, № 9. С. 396–406.Serezhkin M.A., Grossman M.F. Zagotovitel'nyye proizvodstva v mashinostroyenii, 2023, no. 9(21), pp. 396–406. (in Russ.)Лавриненко В. Ю., Сережкин М. А., Балахонцева Н. А., Садиков Ж. Экспериментально исследования процесса гибки листовых заготовок на прессах и листоштамповочных молотах с использованием FDM-штампов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2023. № 2 (358). С. 27–34.Lavrinenko V.Yu., Serezhkin M.A., Balakhontseva N.A., Sadykov Zh. Fundamental and Applied Problems of Engineering and Technology, 2023, no. 2(358), pp. 27–34. (in Russ.)Сережкин М. А., Гроссман М. Ф. Определение механических свойств вытяжного инструмента, изготовленного методом FDM-печати // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2023. № 4 (360). С. 172–183.Serezhkin M.A., Grossman M.F. Fundamental and Applied Problems of Engineering and Technology, 2023, no. 4(360), pp. 172–183. (in Russ.)Сережкин М. А., Климюк Д. О., Плохих А. И. Анализ возможности использования 3D-печати для быстрого инструментального производства в области холодной листовой штамповки // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2020. № 3 (341). С. 20–30.Serezhkin M.A., Klimyuk D.O., Plokhikh A.I. Fundamental and Applied Problems of Engineering and Technology, 2020, no. 3(341), pp. 20–30. (in Russ.)Klimyuk D., Serezhkin M., Plokhikh A. Application of 3D printing in sheet metal forming // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. P. 1579–1583.Klimyuk D., Serezhkin M., Plokhikh A. Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 38, рр. 1579–1583.Frohn-Sörensen P., Geueke M., Tuli T. B. et al. 3D printed prototyping tools for flexible sheet metal drawing // Intern. Journal Adv. Manuf. Technol. 2021. N 115. P. 2623–2637.Frohn-Sörensen P., Geueke M., Tuli T.B. et al. Intern. J. Adv. Manuf. Technol., 2021, vol. 115, рр. 2623–2637.Schuh G., Bergweiler G., Bickendorf P., Fiedler F., Colag C. Sheet metal forming using additively manufactured polymer tools // Procedia CIRP. 2020. Vol. 93. P. 20–25.Schuh G., Bergweiler G., Bickendorf P., Fiedler F., Colag C. Procedia CIRP, 2020, vol. 93, рр. 20–25.Nakamura N., Mori K.-I., Abe F., Abe Y. Bending of sheet metals using plastic tools made with 3D printer // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 15. P. 737–742.Naotaka Nakamura, Ken-ichiro Mori, Fumie Abe, Yohei Abe, Procedia Manufacturing, 2018, vol. 15, pр. 737–742.Giolu C., Pupăză C., Amza C. Exploring Polymer-Based Additive Manufacturing for Cost-Effective Stamping Devices: A Feasibility Study with Finite Element Analysis // Polymers. 2024. Vol. 16. P. 1894. DOI: 10.3390/polym16131894.Giolu C., Pupăză C., & Amza C. Polymers, 2024, vol. 16, рр. 1894, 10.3390/polym16131894.Aksenov L. B. et al. Stress State of 3D-Printed Plastic Dies at Thin-Sheet Aluminum Bending // Solid State Phenomena, 2021. Vol. 316. P. 110–115.Aksenov L.B. et al. Solid State Phenomena, 2021, vol. 316, pp. 110–115.Ziemian C., Sharma M., Ziemi S. Anisotropic Mechanical Properties of ABS Parts Fabricated by Fused Deposition Modelling // Mechanical Engineering; Ed. M. Gokcek. InTech Open. 2012. DOI: 10.5772/34233.Ziemian C., Sharma M., & Ziemi S. Mechanical Engineering, April 2012, рр. 159–180, DOI:10.5772/34233.Zhong W., Li F., Zhang Z. et al. Short fiber reinforced composites for fused deposition modeling // Materials Science and Engineering: A. 2001. Vol. 301, N 2. P. 125–130.Zhong W., Li F., Zhang Z. et al. Materials Science and Engineering: A, 2001, no. 2(301), pp. 125–130.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.