Прототипи на базата на 3D компютърни модели

Бързо изготвяне на прототипи на базата на 3D компютърни модели. Обща методология и принципи на изграждане и изработване на прототипа. Метод на стереолитографията. Метод на селективното лазерно синтероване.

През последното десетилетие се появиха поредица от методи за бързо изграждане на прототипи със сложни, включително сложно- изкривени повърхнини, т.нар. FFFF методи или производствена технология на наслояване или RP - технология. Характерно за всички FFFF методи е, че използват тримерен компютърен модел на изделието, преобразуват го в поредица от много- тънки двумерни слоеве, който последователно се възпроизвеждат от съответното оборудване и оформят физическия прототип. Тримерният модел се съставя, чрез тримерни CAD моделиери за повърхностно или твърдотелно моделиране. Ако се използва повърхнинен моделиер при изготвянето на тримерния модел задължително се спазва изискването, чрез повърхнини да се създаде затворен обем. При твърдотелният модел това следва автоматично. Това изискване гарантира, че всички хоризонтални напречни сечения ще са със затворени контури при възпроизвеждането на физическия образец. Съществен въпрос по- нататък е предаването на модела от CAD системата към FFFF системата. По принцип прехвърлянето може да се осъществи, чрез неутрален формат чрез стандартни интерфейси. Окончателно- дефинирания STL формат служи за създаване на слоеве, чрез тънки напречни сечения. Контурите на тези сечения служат като управляващи траекторията на “инструмента” (например лазерен лъч) при физическото им възпроизвеждане.

Напречните сечения на модела систематично се възпроизвеждат, чрез втвърдяване на слоеве от течности или прахове до пълното получаване на формата на 30 модела на изделието. Друга възможност е тези напречни сечения да се възпроизвеждат, като тънки слоеве материал, който се залепват адхезионно и формират 3D модела. По такъв начин се създава физически модел на изделието, което се проектира.
Основно се използват следните методи за бързо изготвяне на прототипи: свързване/ слепване; синтероване; изрязване и слепване, еднолъчев и  двулъчев лазер и др. Намират приложение в следните области: дизайн, инженерен анализ, прототипи, създаване на инструменти и др.
Стереолитография (SL)- създават се сложни със свободно - изкривени форми модели, чрез последователно втвърдяване на слоеве от фото- полимерна смола с помощта на ултравиолетов лазер. Моделът се изгражда във вана, пълна с течна смола върху подвижна във вертикално направление платформа. Върху платформата предварително се поставят шахматно през 0,25 мм тънки подпори, за да поддържат създавания физически модел, особено неговите надвиснали части. Лазера втвърдява повърхностен слой смола на дълбочина 0,2 мм.

Лазерът се движи както по контура на слоя, така и по неговата вътрешност. Извършват се множество потапяния до моментния втвърдяван слой, последвани от издигания за почистване на излишната смола. След окончателно изработване на модела той се изпича в специална печка с ултравиолетово осветление за окончателно втвърдяване. Друг метод е използването на цилиндър с прахообразен материал нагрят до температура малко по- ниска от температурата му на топене. Лазерен лъч втвърдява слой прахообразен материал, следва снижаване на цилиндъра до желаната дебелина на следващи слой. Чрез въртящ се валяк се подава нов слой материал, изравняван до нивото на цилиндъра. Следва
втвърдяване на слоя и т.н. Полученият модел е с добра якост и плътност до 98%. Остатъчния прахообразен материал може да се използва повторно.

Бързо изготвяне на прототипи на базата на тримерни компютърни модели. Метод на произвеждане на предмети, чрез наслояване на листов материал. Метод- моделиране, чрез отлагане на разтопен материал. Метод на повърхностно втвърдяване. Метод 3D отпечатване.
Произвеждане на предмети, чрез наслояване на листов материал - изграждането на физическия модел се извършва, чрез последователно наслояване със свързващо лепило на слоеве листов материал, който се отрязва с лазерен лъч.

Освен контурите на слоя лазерния лъч нарязва на квадрати излишния материал в слоя. Следва автоматизирано подаване на листов материал (най- често хартия напоена в лепило) с помощта на нагорещена до 330?С ролка листов материал се пресова (ламинира) към оформения вече слой. След което се осъществява отрязването на следващия слой. Излишният материал от готовия модел се отстранява ръчно, което е и основният недостатък на метода. Друг вариант на метода е вместо лазер да се използва нож за рязане на листа, който се покриват с прахообразна смола а слепването става, чрез горещо пресоване.

Моделиране, чрез отлагане на разтопен метал - физическият модел се изгражда върху неподвижна плоча. Термопластичен или восъчен материал във вид на нишка, която се подава през ролки в дюзова глава нагрята до температура в зависимост от точката на топене на материала.

Дюзата се движи по X и Y, като подава разтопен материал с дебелина 0,2-0,25 мм, който веднага се втвърдява. Дюзовата глава периодически се повдига във вертикално направление. Отлагания материал в един слой е 0,3 - 3,5 мм. За поддържане на надвиснали части се използва втора дюза подаваща различен материал, за да може да се отдели от основният материал. Метод на повърхностното втвърдяване - изграждането на физическия модел става слой по слой, чрез осветяване на фото- полимерна смола с ултравиолетова светлина през фотомаската.
Процесът протича на две части: създаване на фотомаската и създаване на слоя. Фотомаската се отпечатва върху изтриваема стъклена фотоплака на принципа на копирането в ксерокса. Контурът на маската се фиксира с тонер. Процесът протича по следния начин: подава се течен слой смола. Той се осветява през фотомаската от мощна (4 kW) ултравиолетова лама за няколко секунди, при което осветената
смола се втвърдява. Останалата течна смола се изсмуква. Подава се течен восък в кухините, и се изстудява до 0?С за да се втвърди. Следва фрезоване на повърхността на слоя за отстраняване на стружки.

След изграждане на модела се извършва почистване и евентуално шлифоване на повърхнините с шкурка, боядисване и лакиране.
3D отпечатване- при този метод формирането на физическия модел става, чрез “отпечатване” последователно от прахообразен материал (керамичен, метало- керамичен и др.), чрез впръскване от дюза на свързващ материал на принципа на стрините принтери.
Изграждането на модела става в платформа с прахообразен материал. След отпечатване на слоя дъното се спуска на дълбочина равна на дебелината на следващия слой и се разстила нов слой прахообразен материал и цикъла се повтаря. Несвързания материал служи за поддържане на модела. Може да се работи с повече дюзи и да се създава детайл с произволна геометрия.

Web design and SEO topics: Компютри, модели

Leave a Comment