priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-7-633-642pribor-395Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИБОРОВDESIGN AND PRODUCTION TECHNOLOGY OF INSTRUMENTSАнализ конструкции и методика проектирования полимерных деталей корпусов лазерных головокConstruction analysis and design methodology of polymer parts of laser head housingsПьяеП. А.PyaeP. A.

Пьое Ай Пьяе — аспирант; факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Phyo Aye Pyae — Post-Graduate Student; Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

northernstar.phyo@gmail.comПомпеевК. П.PompeevK. P.

Кирилл Павлович Помпеев — канд. техн. наук; доцент; факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Kirill P. Pompeev — PhD, Associate Professor; Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

kir-pom@mail.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian Federation202509082025687633642Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/395

Рассматривается вопрос разработки конструкции полимерных деталей корпуса лазерной головки в целях обеспечения ее компактности и с учетом возможностей аддитивного оборудования. Изготовление такого корпуса лазерной головки из пластика позволяет снизить его материалоемкость по сравнению с корпусом, изготовленным из алюминиевого сплава, также предлагается дополнительно снизить материалоемкость пластикового корпуса за счет введения в его конструкцию специальных выборок и ребер жесткости. С использованием CAEмодуля CAD/CAM-системы SolidWorks был проведен сравнительный анализ прочности и жесткости вариантов конструкции деталей корпуса до и после их модификации, результаты которого показали, что возможна замена материала деталей корпуса с алюминиевого сплава на пластик и снижение материалоемкости и изменение конструкции корпуса и его деталей не приводит к потере его прочности и жесткости и не отражается на функционировании лазерной головки. На основе анализа конструкции изготовленных на 3D-принтере полимерных деталей корпусов лазерных головок, мероприятий по устранению выявленных недостатков и требования сохранения оптической схемы разработана методика проектирования ядерных головок.

The issue of designing polymer parts of the laser head body is being considered in order to ensure its compactness and taking into account the capabilities of additive equipment. The manufacture of such a laser head housing from plastic makes it possible to reduce its material consumption compared to a housing made of aluminum alloy, and it is also proposed to further reduce the material consumption of the plastic housing by introducing special samples and stiffeners into its design. Using the CAE module of the CAD/CAM system of SolidWorks, a comparative analysis of the strength and rigidity of the body parts design options has been carried out before and after their modification; the results demonstrate the possibility to replace the material of the body parts from aluminum alloy to plastic and show that reducing the material consumption and changing the design of the body and its parts does not lead to a loss of its strength and the stiffness, and does not affect the laser head operation. Based on the analysis of the design of polymer parts of laser head housings made on a 3D printer, measures to eliminate the identified deficiencies and the requirement to preserve the optical circuit, a design methodology for nuclear heads is developed.

методикамодификацияконструкцияполимерные деталикорпуслазерная головка3D-принтерSLSсобираемостьремонтопригодностьметаллообработкаобрабатывающий центрmethodologymodificationdesignpolymer partshousinglaser head3D printerSLSassembly of the structurerepairabilitymetalworkingmachining centerlaser processingReferencesПеткова А. П., Ганзуленко О. Ю. Технологические аспекты маркировки изделий машиностроения прецизионным импульсным лазером // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 4-й Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. М. М. Радкевича и А. Н. Евграфова. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2014. С. 1177– 1187.Petkova A.P., Ganzulenko O.Yu. Sovremennoye mashinostroyeniye. Nauka i obrazovaniye (Modern Mechanical Engineering. Science and Education), Materials of the 4th International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 2014, рр. 1177–1187. (in Russ.)Vasilev O. S., Ruzankina J. S. Laser forming micro geometric structures on the surface of roller rolling mill // Journal of Physics: Conf. Series. 2016. Vol. 1, N 735. DOI: 10.1088/1742-6596/735/1/012046.Vasilev O.S., Ruzankina J.S. Journal of Physics: Conference Series, 2016, no. 735(1), DOI: 10.1088/1742-6596/735/1/012046.Olt J. J., Maksarov V. V., Efimov A. E. Impacts of gradient structure on the dynamic characteristics of machining process system // 29th DAAAM Intern. Symp. on Intelligent Manufacturing and Automation. 2018. Vol. 1, N 1. Р. 190—196. DOI: 10.2507/29th.daaam.proceedings.027.Olt J.J., Maksarov V.V., Efimov A.E. 29th DAAAM Intern. Symp. on Intelligent Manufacturing and Automation, 2018, no. 1(1), pp. 190–196, DOI: 10.2507/29th.daaam.proceedings.027.Васильев О. С., Горный С. Г. Технология создания поверхностных микроструктур на листовых материалах с использованием волоконного лазера // Металлообработка. 2016. № 3 (93). С. 20—25.Vasil'ev O.S., Gornyi S.G. Metalloobrabotka, 2016, no. 3(93), pp. 20–25. (in Russ.)Николаев А. Д., Пьяе П. А., Помпеев К. П., Васильев О. С. Модернизация обрабатывающих центров посредством интерграции в их состав лазерных систем // Современное машиностроение: Наука и образование: Материалы 7-й Междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. А. Н. Евграфова и А. А. Поповича. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2018. С. 506—515. DOI: 10.1872/MMF-2018-43.Nikolaev A.D., Pyae P.A., Pompeev K.P., Vasiliev O.S. Sovremennoye mashinostroyeniye: Nauka i obrazovaniye (Modern Mechanical Engineering: Science and education), Materials of the 7th International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 2018, рр. 506–515. (in Russ.)Nikolaev A. D., Pyae P. A., Pompeev K. P., Vasilev O. S. Laser processing systems in machines with numerical control // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2019. Vol. 1, N 378. DOI: 10.1088/1755-1315/378/1/012066.Nikolaev A.D., Pyae P.A., Pompeev K.P., Vasilev O.S. Laser processing systems in machines with numerical control, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 2019, no. 1(378), DOI: 10.1088/1755-1315/378/1/012066.Николаев А. Д., Помпеев К. П., Пьяе П. А., Васильев О. С., Горный С. Г. Внедрение систем лазерной обработки в состав многооперационных обрабатывающих центров // Металлообработка. 2019. Т. 113, №5. С. 26—33. DOI: 10.25960/mo.2019.5.26.Nikolaev A.D., Pyae A.P., Pompeev K.P., Vasilev O.S., Gorny S.G. Metalloobrabotka, 2019, no. 5(113), pp. 26–33. (in Russ.)Singh I., Amara Y., Melingui A., Pathak P. M., Merzouki R. Modeling of Continuum Manipulators Using Pythagorean Hodograph Curves // Soft Robotics. 2018 [Электронный ресурс]: www.researchgate.net/publication/323955949.Singh I., Amara Y., Melingui A., Pathak P.M., Merzouki R. Modeling of Continuum Manipulators Using Pythagorean Hodograph Curves, Soft Robotics, 2018, https://www.researchgate.net/publication/323955949.Пьяе П. А., Помпеев К. П., Николаев А. Д., Васильев О. С., Горный С. Г. Модернизация конструкции корпуса лазерной головки с учетом возможностей аддитивного оборудования // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 1. С. 49–57. DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-1-49-57.Pyae P.A., Pompeev K.P., Nikolaev A.D., Vasilev O.S., Gorny S.G Journal of Instrument Engineering, 2022, no. 1(65), pp. 49–57, DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-1-49-57.Pompeev K. P., Pyae Р., Vasilev O., Gorny S. Analysis, topology modification and modeling of the laser head casing taking into account the capabilities of additive equipment // Journal of Physics: Conf. Series. 2021. Vol. 1753, N 1. P. 012037. DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012037.Pompeev K.P., Pyae Р., Vasilev O., Gorny S. Journal of Physics: Conference Series, 2021, no. 1(1753), pp. 012037, DOI: 10.1088/1742-6596/1753/1/012037.Васильев О. С., Вейко В. П., Горный С. Г., Рузанкина Ю. С. Лазерная установка для микроструктурирования поверхности металла с использованием волоконного лазера // Оптический журнал. 2015. Т. 82, № 12. С. 70–77. DOI: 10.1364/JOT.82.000831.Vasil'ev O.S., Veiko V.P., Ruzankina Y.S., Gornyi S.G. Journal of Optical Technology, 2015, no. 12(82), pp. 831–836.

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