8p Rapid Prototyping RE.unlocked

8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked

1/46

Inované technológie. Rýchlezhotovovanie prototypov a nástrojov.

Reverzné inžinierstvo.

Ing. Róbert Drlika, IWE


2/46

Rapid prototyping

§ technológie, automatizujúce proces výroby trojrozmernýchcelistvých objektov z pôvodných materiálov,

§ rýchla, náklady šetriaca výroba modelov, vzoriek,prototypov priamo na základe súborov vytvorených vmodelovacích CAD systémoch bez použitia foriem anástrojov,

§ tvarovanie nie postupným odoberaním, ale pridávanímmateriálu,

§ vytváranie súiastok po vrstvách, aj tvarovo zložitésúiastky,

§ STL # SLI (3D geometria rozložená na priene rezydefinovanej výšky).


3/46

Rapid prototyping


4/46

Využitie RP

§ vizualizácia,§ zmena tvaru (postupná, iterácie),§ prototypovanie všeobecných tvarov (vizualizácia/výroba

komplexných objektov),

§ skúšky zapasovania objektu, príp. obalu,§ odhad nákladov, asu a prostriedkov,§ plánovanie procesu,§ by$ prvý na trhu,§ rýchla výroba (súbežné innosti),

§ JIT (žiadne zásoby),§ rýchle zhotovovanie nástrojov / žiadne nástroje (trend v

technológií).


5/46

Typy prototypov

§ konštrukné (geometria, montáž),

§ prototypy dizajnu,

§ funkné prototypy,

§ technické prototypy.


6/46

Výhody RP

§ nástroje (žiadne),§ výroba bez prerušenia (na montáž a pod.),§ as,§ presná reprezentácia dizajnu,§ flexibilita (zmeny, pridávanie parametrov, zväšovanie-

zmenšovanie),§ zariadenia,§ ekonomika,§ istá, bezpená prevádzka,

§ používate%sky prívetivé.


7/46

Metódy Rapid prototypingu

Viac než 30 rôznych, komer né využitie:§ Stereolitografia (SL),§ Solid Ground Curing (SGC),§ Selective Laser Sintering (SLS),

§ Fused Deposition Modeling (FDM),§ Laminated Object Manufacturing (LOM),§ Direct Shell Production Casting (DSPC),§ 3D Plotting,§ Ballistic Particle Manufacturing (BPM),§ Multi Jet modeling.


8/46

Stereolitografia

§ model slúži pre výrobu nástroja alebo formy,§ materiál modelu umož&uje až leštenie,§ umož&uje výrobu vysoko presného modelu,§ asto používaná pre data-control-model.

Princíp:- vytvrdzovanie fotopolyméru laserovým lúom pod%a CAD dát,- zdvižná doska ponorená v tekutom fotopolymére zabezpeuje

spracovanie po vrstvách,- modely s presahujúcimi as$ami je možné vytvára$ bez podpier,

- znane presahujúce s tenkostennými %ahko odstránite%nýmipodperami,- nakoniec vytvrdenie v UV peci, povrchová úprava, farbenie,

leštenie, príp. otryskávanie mäkkým materiálom.


9/46

Stereolitografia


10/46

Stereolitografia

KVAPKA

Spojenie nasledujúcichkvapiek tvorí obrys avýpl& tuhej vrstvy

Min. 30% kvapiek sa prekrýva

nadväznos$ vrstiev


11/46

Stereolitografia

Výhody:- masívny materiál,- dobrá povrchová drsnos$,- ve%ký stavebný objem,- vysoká presnos$ (0,05 mm),- najlepší RP proces pre nepriamu výrobu nástrojov,- rozvinutý proces.


12/46

Stereolitografia

Nevýhody:- nákladné a obmedzené materiály,- krehké dielce,- vidite%né vrstvy,- horšia kvalita boných plôch,- potrebné vytvrdzovanie,- fotopolymér potenciálne škodlivý ŽP,- citlivos$ fotopolymérov na teplotu/vlhkos$ (skladovanie,

stroj, výtlaok).


13/46

Solid Ground Curing

§ vytvrdzovanie vrstiev fotopolymérovej živice prudkým impulzomUV žiarenia cez negatívnu fotomasku v celej vrstve naraz,

§ maska vytváraná xerograficky (elektrostatický prenos farby),Postup:

1. nanesenie vrstvy fotopolyméru v aplikátore,2. presné zapolohovanie súiastky a masky v ožarovacej komore,3. ožiarenie UV svetlom po otvorení uzávierky,4. odstránenie nevytvrdenej živice odsávaním,5. zaplnenie vo%ných priestorov voskom,

6. vytvrdenie vosku dotykom dosky ochladzovacej nádrže,7. zarovnanie vosku a živice frézovacou hlavou,8. opakovanie procesu, nakoniec vytavenie/rozpustenie vosku.


14/46

Solid Ground Curing


15/46

Solid Ground Curing

Výhody:

§ nie je potrebné dodatoné vytvrdzovanie,

§ zložitos$ súiastky neovplyv&uje rýchlos$ výroby,

§ nižšie vnútorné napätia a deformácie bez vytvrdzovania,

§ postupy výroby nie sú od seba navzájom závislé,

§ nie sú potrebné podperné štruktúry,

§ poškodené vrstvy je možné ihne( po zistení odfrézova$ anahradi$,

§

viac rovnakých súiastok je možné vyrába$ súasne.


16/46

Solid Ground Curing

Nevýhody:

§ zvýšenie viskozity fotopolymérov pri ožiarení UV # $ažképoužitie pri vytváraní ve%mi vystupujúcich astí súiastky,

§ cena používaných fotopolymérov,

§ nutnos$ použitia hermeticky uzavretej komory (toxické látky),

§ výrobné zariadenie je ve%mi ve%ké, hluné a nákladné na údržbu(špeciálne vyškolený odborník),

§ malý výber použite%ných vstupných materiálov pre súiastky,

§ nevyhnutnos$ odstráni$ vosk po vytvorení prototypovejsúiastky.


17/46


18/46

Selective Laser Sintering

§ využíva laser na roztavenie a vytvrdenie práškového materiálu,

§ sústava 2 valcov s protibežne pohybujúcimi sa piestami,

§ práškový materiál zo zásobného valca do pracovnéhodopravuje a v pracovnom roz$ahuje a utláa valec,

§ po vytvrdení vrstvy laserom sa postup opakuje až dodokonenia súiastky,

§ nadbytoný prášok sa odstráni, súiastku je možné finalizova$,

§ nie sú potrebné podperné štruktúry, pretože súiastka je vpráškovom lôžku,

§ rýchlos$ výroby porovnate%ná so stereolitografiou, kvalita plôchnižšia (= zvýšenie asu na dokonovanie),

§ materiál je pórovitý, môže by$ infiltrovaný iným materiálom.


19/46


§ prášok sa udržiava blízko teploty tavenia, tavenie laserom jerýchlejšie, pri nižších výkonoch,

§ komora je plnená dusíkom ako prevencia výbuchu,§ je možné spracova$ rôzne materiály (aj nízkotavite%né kovy,

špeciálne polyamidy, so sklenenou výpl&ou, polymérompovleený oce%ový prášok) – je možné aplikova$ za$aženie.


20/46



21/46



22/46

Selective Laser SinteringVýhody:

§ lacný a zdravotne neškodný materiál,

§ široký výber materiálov: vosk pre vyplnenie dutín, polymér-nylonpre prototypové súiastky,

§ nie je potrebná podperná štruktúra,§ zníženie možnosti deštrukcie od vnútorných napätí.

Nevýhody:

§ drsná plocha po konenej úprave (schodový efekt),

§ pórovitos$ súiastky,

§ prvá vrstva potrebuje vhodne upravenú plochu pre zníženietepelných úinkov,

§ rozdielna hustota v rôznych astiach súiastky,

§ zmeny materiálu vyžadujú istenie výrobného zariadenia.


23/46

Selective Laser Sinteringmateriály:§ polyamid,§ PA so sklom,§ PA + Al,

§ PrimeCast,§ polystyrén,§ kovy:

§ konštrukné elementy ()Tt),§ spojivo – taviaci sa materiál:

§termoplastické polyméry,§ nízkotavite%né zliatiny,

§ me(.

§ spekané „kosti“ – špeciálna keramika


24/46


25/46

Fused Deposition Modeling


26/46

Fused Deposition ModelingVýhody:

§ ve%ká rozmanitos$ použitých materiálov a ich %ahká zámena,

§ ve%ké prototypy môžu by$ vytvorené z rôznych materiálov,

§ nízke náklady na údržbu,

§ nízka cena prototypov,§ rýchla tvorba tenkostenných súiastok,

§ proces nevyžaduje riadenie lovekom,

§ nepoužívajú sa toxické látky,

§ nízka teplota poas výrobného procesu,

§ súiastky je možné (alej mechanicky dokonova$ a povrchovoupravova$.


27/46

Fused Deposition ModelingNevýhody:

§ trhlinky medzi jednotlivými vytvorenými vrstvami,

§ pretláacia dýza musí by$ v neustálom pohybe,

§ požadujú sa podperné konštrukcie,

§ väšie plochy v reze si vyžadujú dlhší as na ich tvorbu,§ kolísanie teploty v priebehu výroby môže vies$ k odvrstveniu.

Základné materiály:

- ABS (akrylonitril/butadién/styrén) – funkné prototypy a modely,

- ABSi – metylmetakrylát ABS – umož&uje sterilizáciu a použitie v

medicíne,- elastomér E20 – tam, kde je potrebná pružnos$ súiastky – napr.

tesnenia a pod.

- vosk ICW06 – rýchla výroba modelov pre metódu vytavite%néhomodelu


28/46

Fused Deposition Modeling


29/46

Laminated Object Manufacturing§ podobné laminané metódy:

§ Thick Layer Lamination (Stratoconception – F),§ Precision Stratiform Machining (Ford Research – USA),§ Adaptive Layer Lamination (Landfoam Topographics – USA).

§ priene rezy sú vyrezávané z povlakovaného papiera (plastu,

dreva, plechu) laserom,§ plastický povlak sa natavuje prechodom zohriateho laminaného

valca,§ materiál na odstránenie sa šrafuje, narezáva, aby ho bolo možné

%ahko odstráni$ po vytvorení súiastky,§ presnos$ a povrch nie sú tak dobré ako pri iných metódach, ale

pripomínajú drevo a dajú sa tak opracova$,§ proces je uzavretý v komore, vyvíja sa znané množstvo plynov,

ktoré treba filtrova$.


30/46

Laminated Object Manufacturing


31/46

Selective Adhesive and Hot Press

§ na vyrezávanie vrstiev sa využíva ostrá epe%, na spájanie lepidláa xerografické procesy,

§ na nanášanie adhezívneho tonera sa využíva bežná laserovátlaiare& a bežný tlaiarenský papier,

§ papier po výstupe z tlaiarne pritlaí na predchádzajúcu vrstvuzohrievaná doska.


32/46

Selective Adhesive and Hot Press

Výhody:

§ využíva bežne dostupné zariadenia pre zobrazovanie – laserovútlaiare&, hárkový papier,

§ pomerne ve%ké prototypy je možné zhotovi$ z papiera.

Nevýhody:§ ve%kos$ zariadenia je obmedzená ve%kos$ou dostupných

laserových tlaiarní,

§ potreba pravidelnej výmeny epele,

§ papier je citlivý na vlhkos$.


33/46

TDP/DSPC

Three Dimensional Printing/Direct Shell Production Casting

§ používa sa na priamu výrobu keramických jadier a škrupín navýrobu odliatkov,

§ podobný princíp ako SLS, namiesto spev&ovania laseromvstrekuje multidýza tekuté spojivo.


34/46

TDP/DSPC

Výhody:

§ lacná a rýchla metóda,

§ možnos$ vytvárania ve%mi zložitých tvarov,

§ vhodná pre príruné užívanie,

§ z vyrobených modelov sa môžu zhotovi$ formy na výrobuodliatkov,

§ je možné vyrába$ farebné modely.

Nevýhody:

§ používaných základných materiálov je málo, sú netechnického

charakteru,§ ve%mi $ažká spodná as$.


35/46

BPM

Ballistic Particle Manufacturing

§ piezoelektrický vstrekovací systém pre nanášanie mikroskopickýchkvapiek roztaveného adhezíva,

§ vyžaduje podperné konštrukcie,

§

tlaová dýza je polohovaná v 5 osiach, kvapky 0,05 mm, 12500kvapiek za minútu,


36/46

Solidscape

Metóda Solidscape (obdoba FDM):

§ dve tlaové hlavy (dýzy):§ pre základný materiál (plastický materiál),

§ pre podporný materiál (vosk).

§ po vyformovaní sa povrch zarovnáva frézovaním na potrebnúhrúbku,

§ ak procesná kontrola zistí chybu, odfrézuje sa vrstva a nanesieznova,

§ po dokonení sa roztaví podperný voskový materiál,

§ výhody a nevýhody podobné ako FDM, je presnejšia, ale pomalšia.


37/46

Ink-Jet Printing


38/46

Nové RP metódy

§ Laser Engineered Net Shaping – výroba kovových prototypov ,

§ koncepcia kontrolovanej automatickej výroby (DesCAF):§ podobne ako SGC je obmenou stereolitografie,

§ fotopolymér je ožiarený a vytvrdený naraz cez masku,

§ na generovanie masky využíva štandardnú laserovú tlaiare&.

§ Quadra System: metóda založená na fotopolyméroch, nanáša sazákladný aj podperný materiál súasne,

§ priame nanášanie kovových vrstiev:§ striekaním,

§ zváraním,

§ pomocou šablóny,§ tavenie vrstiev kovového prášku.


39/46

LENS


40/46

Rapid Tooling

§ Rapid Soft Tooling – vytvorenie negatívnej silikónovej formyzaliatím stereolitografického modelu, po vytvrdení silikónu sarozreže

§ Rapid Bridge Tooling – priame použitie priemyslených plastov,možnos$ vytvorenia niklokeramického povlaku vo vnútri dutiny,

výroba keramickej negatívnej formy priamo zo stereolitografickéhomodelu,

§ Rapid Hard Tooling: po vytvorení silikónovej formy zostereolitografického modelu sa vytvorí model zo špeciálnej zmesiepoxidu a oce%ového a hliníkového prášku, vo vypa%ovacej peci sa

epoxid vytaví a prášok speie – trvanlivejší model ako klasickyobrobený.


41/46

Reverzné inžinierstvo


42/46



43/46


n Kontaktné metódy:

¡ analógové(spojité) CMM-CNC

¡ bod-bod CMM -ramená

Poda použitej technológie snímania

§ dotykové§ bezdotykové:

- optické- laserové- ultrazvukové

- röntgenové§ deštruktívne§ multisenzorová technika


44/46


n Bezkontaktné

metódy:n štruktúrované

svetlo

n laserový lú


45/46


Multisenzorová technikaa) mechanický sníma b) mikrosonda c) laserd) obrazu e) autofokus f) werth 3D Patch


46/46


Porovnanie referenného modelu a naskenovanéhomodelu s íselným a farebným vyhodnotením rozmerových odchýlok

8p Rapid Prototyping RE.unlocked

Documents

Transcript of 8p Rapid Prototyping RE.unlocked