Принцип работы систем быстрого прототипирования. Многоструйное моделирование с помощью 3D-принтеров. Селективное лазерное спекание. Изготовление моделей из ламинатов. Существующие технологии быстрого прототипирования. Многофазовое струйное отверждение.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Аннотация

В контрольной работе представлены в виде реферата результаты самостоятельного исследования на тему «Применение трехмерных моделей для быстрого прототипирования. Современные методы быстрого прототипирования».

Для проведения исследования использованы специализированные журналы, учебники, научные публикации, ресурсы Интернет. По результатам исследования подготовлена компьютерная презентация, которая может быть использована для публичного представления результатов исследования.

Также в контрольной работе содержится раздел, описывающий построение 3D модели и чертежа детали «Вариант 2» в отечественной САПР КОМПАС 3D.

Оглавление

Введение

1. Принцип работы систем быстрого прототипирования

2. Существующие технологии быстрого прототипирования

2.1 RP-системы

Стереолитография

Масочная стереолитография

Селективное лазерное спекание

Изготовление моделей из ламинатов

2.2 Многоструйное моделирование с помощью 3D-принтеров

Моделирование диффузионным напылением

Многофазовое струйное отверждение

3. Применение трехмерных моделей для быстрого прототипирования

4. Немного о перспективах

Заключение

Введение

В начале 90-х годов прошлого века в США были разработаны первые RP-системы (RP - rapid prototyping, быстрое прототипирование). Назначение этих установок, как следует из названия - быстрое изготовление прототипов. В отличие от традиционных технологий, таких как механообработка или литьё, все RP-системы представляют собой установки для послойного синтеза моделей (выращивания). Исходным материалом для работы любой RP системы является трёхмерная твердотельная компьютерная модель изделия, созданная в любой программе 3D САПР. Она сохраняется в формате файла STL, затем в программном обеспечении RP-машины она разбивается на плоские слои с одинаковой толщиной. Работы ведутся в автоматизированном режиме без влияния человеческого фактора. Установка быстрого прототипирования строит из модельного материала эти слои последовательно, один за другим, до получения завершённой трёхмерной модели. Таким образом, время изготовления модели не зависит от сложности геометрии, а определяется только размерами прототипа. Это является одним из серьёзных преимуществ систем быстрого прототипирования по сравнению с традиционными технологиями, такими например как механообработка или литьё.

Так же необходимо отметить, что для изготовления модели средствами RP не требуется дорогостоящая оснастка, как для литья, или построение программ для станков с ЧПУ в системах CAM как происходит при механообработке. Прототипы позволяют выполнять такие тесты, которые на готовом изделии и не проведешь. Например, компания Porsche в процессе разработки трансмиссии автомобиля использовала прозрачную пластиковую модель для изучения особенностей циркуляции масла. Эти преимущества особенно важны при изготовлении прототипов, когда изготавливаются единичные изделия, а не большая серия.

Использование рассматриваемой технологии не ограничивается только этапом получением прототипа будущего изделия. Следующая стадия - это быстрое производство. Уже сегодня RP-технологии позволяют изготовлять законченные изделия из различных материалов. Такая возможность является идеальным решением для малосерийного производства, поскольку применяемый техпроцесс позволяет сделать что угодно (в разумных пределах, конечно) за относительно небольшое время. С помощью технологий быстрого прототипирования можно изготовлять формы для промышленного литья. Для обладателей форм дальнейший производственный процесс не вызывает никаких трудностей. Правда, цены и доступность (равно как и выбор материалов) такого оборудования пока оставляют желать лучшего.

Что же представляют собой системы быстрого прототипирования сегодня?

прототипирование принтер многоструйный лазерный

1. Принцип работы систем быстрого прототипирования

Rapid Prototyping - это активно развивающаяся в проектной и производственной индустрии новая технология. Она обеспечивает возможность получения физических моделей и деталей без их инструментального изготовления, путём преобразования данных, поступающих из CAD-систем в RP-систему.

Инженер, после завершения работы на CAD-станции над идеей или проектом, может дать команду «печать» и после нескольких часов или дней (в зависимости от размера объекта) получить физическую модель спроектированного в цифровом виде изделия.

В настоящее время на рынке представлен ряд RP-систем, производящих модели с помощью различных технологий и из всевозможных материалов. Все имеющиеся системы для быстрого прототипирования работают по схожему - послойному принципу построения физической модели, который заключается в реализации трех этапов:

· считывание трёхмерной геометрической информации из CAD-систем в формате STL. Все CAD-системы твёрдотельного моделирования способны транслировать файлы в формате STL;

· разбиение трёхмерной цифровой модели на поперечные сечения (слои) с помощью специальной программы, поставляемой с оборудованием;

· построение сечений детали слой за слоем снизу вверх до тех пор, пока не будет получен физический прототип цифровой модели.

Слои, располагающиеся снизу вверх, один над другим, физически связываются между собой. Построение прототипа продолжается до тех пор, пока поступают данные о сечениях CAD-модели.



Рис. 1 Процесс получения CAD-модели по имеющемуся образцу

2. Существующие технологии быстрого прототипирования

По принципу работы все системы быстрого прототипирования можно разделить на два больших класса: собственно RP-системы и 3D-принтеры.

2.1 RP-системы

Стереолитография

Исторически первой появилась стереолитография (Stereo Lithography или SLA). Ее изобрел и запатентовал Чарльз Халл в далеком 1986 году. Позже он основал компанию 3D Systems по производству соответствующего оборудования. Впоследствии к ней присоединилась немецкая EOS GmbH, японские Sony-DMEC и Mitsui Engineering и другие.

Суть технологии заключается в следующем: в рабочем пространстве RP-системы находится фотополимер в жидком состоянии, который при облучении ультрафиолетом застывает в достаточно твердый пластик. Аналогичным образом «устроены» светотвердеющие зубные пломбы. Фотополимер засвечивается либо ультрафиолетовым лазером, либо обычной ультрафиолетовой лампой. Луч лазера фактически поточечно обрабатывает поверхность, формируя отдельные маленькие твердые участки, из которых образуется сечение модели. Затем рабочий стол опускается вместе с полученной частью модели и строится следующий уровень. Так, послойно, и изготавливается физическая модель. Готовый «отпечаток» с точностью до десятых долей миллиметра соответствует цифровой модели, хорошо воспроизводит мелкие детали прототипа и обеспечивает достаточно ровную поверхность изделия. Именно эта технология наиболее широко распространена в настоящее время. Однако стереолитографические установки дороги (цена измеряется в сотнях тыс. долл.), да и набор обрабатываемых материалов ограничен фотополимерами.

Масочная стереолитография

Более скоростной вариант этой технологии был разработан компанией Cubital Inc. Называется она «масочная стереолитография» (Solid Ground Curing или SGC). В качестве рабочего материала используется все тот же фотополимер, только засвечивается сразу вся его поверхность с помощью ультрафиолетовой лампы через фотошаблон. Фотошаблон для каждого слоя печатается на стекле. Для этого используется технология, напоминающая лазерную печать. Очевидно, что такой способ дает значительный прирост производительности за счет одновременного засвечивания всего слоя полимера вместо поточечного сканирования.

Селективное лазерное спекание

Альтернативным методу стереолитографии является селективное (выборочное) лазерное спекание (Selective Laser Sintering или SLS).

Рис. 2 Прототип полученный при лазерном спекании

Этот технологический процесс был разработан в 80-х годах прошлого века в Техасском университете в Остине и запатентован в 1989 году выпускником университета Карлом Декардом. На поток дело поставила компания DTM Corp.

Селективное лазерное спекание начинается тогда, когда очень тонкий слой легкоплавкого при нагреве порошка укладывается в рабочую камеру цилиндрической формы. Для спекания порошка, разложенного внутри границы контура рабочей камеры, используют лазер. Лазер повышает температуру порошка до точки плавления, происходит частичное спекание вещества и формирование его в твердую массу. Интенсивность луча изменяется так, чтобы расплавлять порошок только в зонах, ограниченных геометрией будущей конструкции. Как только лазер обработает весь слой порошка в данном сечении, тут же насыпается новый тонкий слой и процесс повторяется. Затем деталь удаляется из зоны обработки и свободный порошок вытряхивается. SLS-детали могут быть получены из порошков с различным размером зерен...