Тема 17: ТЕХНОЛОГИЯ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ В ТПП Лекция 28 RP-технологии это процесс получения в достаточно короткое время прототипа, что исключает ряд операций из трудоемкого технологического процесса. Их внедрение обусловлено значительным снижением сроков создания конструкции, ее отработки по всем направлениям (оптимальность конструктивных решений, дизайн, модельная проверка работоспособности в сочетании с деталями проектируемого механизма и т. д. ). Наличие прототипа позволяет наглядно оценить результаты геометрического моделирования, проанализировать параметры изделия, провести рекламную кампанию и исследовать рынок, использовать прототип на отдельных этапах изготовления изделия, Рис. 28. 1. Обобщенная структурная схема прототипирования
RР-технология минимизирует риски конструкторских и технологических решений. Практическое использование прототипов можно разделить по группам. 1. Смотровые модели необходимы конструкторам и технологам для оценки правильности конструкторских решений и оптимальности технологического пути изготовления самой детали по всему циклу ее производства. 2. Изготовление моделей деталей одного механизма в собранном виде позволяет решить ряд прикладных задач: проверку собираемости механизма, его функциональные и механические возможности, оценку и отработку окончательной конфигурации отдельных деталей. 3. Быстрое получение готовой металлической детали возможно при использовании прототипа в качестве выжигаемой модели. Это обеспечивает получение детали за считанные дни, исключая тем самым (в случае изготовления по традиционной технологии) ряд технологических операций: моделирование, формование, механообработку. 4. Изготовление деталей из пластмасс без дорогостоящих пресс-форм. Причем изготовление пластмассовых деталей можно разделить на способы; заливкой полимера в силиконовую форму и прессование в металлополимерную форму. 5. Использование пресс-форм из металлополимера позволяет в короткие сроки изготавливать резино-технические детали, исключив дорогостоящий и длительный процесс механообработки и доводки формы. 6. Использование силиконовых форм дает возможность отливать литейные стержни из гипса и воска, а также полимерные детали из АВС пластиков и других литейных смол.
Все RP-системы имеют схожий принцип построения реальной модели это принцип послойного ее формирования. Различаются эти системы не только материалами, из которых формируется изделие, но и особенностями соединения слоев между собой, временем и точностью изготовления, стоимостью оборудования и условиями ее эксплуатации. К технологиям быстрого прототипирования относятся: стереолитография (STL stereolitography, в том числе SLA-процесс); отверждение на твердом основании (SGM Solid Ground Curing); нанесение термопластов (FDM Fused Deposition Modeling); распыление термопластов (BPM Ballistic Particle Manufacturing); лазерное спекание порошков (SLS- Selective Laser Sintering); моделирование при помощи склейки (LOM Laminated Object Modeling); ускоренное фрезерование. Все эти технологии предполагают наличие трехмерной компьютерной модели детали. Так, для стереолитографии и LОМ-технологии с помощью специального интерфейса, который полностью интегрирован с системами сквозного проектирования, предварительно создается промежуточный файл в формате STL, что позволяет получать доступ ко всем популярным платформам стереолитографических систем (например, фирм 3 D Systems или Stratasys). При этом сохраняется полная целостность данных. Данные SТL-файла также могут быть использованы для механической обработки по LОМ-технологии фирмы НELISYS. При создании прототипов способом ускоренного фрезерования (гравирования) используется геометрическая модель изделия.
SLA-процесс (лазерная стереолитография) Рис. 28. 2. Схема послойного наращивания изделия по SLA-технологии Процесс позволяет добиться линейной точности 100 мкм при минимальной толщине 50 мкм с последовательным свариваем слоев между собой. Полимеризация происходит только в тех местах слоя, которые попали в данное сечение. Время на полимеризацию одного слоя колеблется от 15 до 40 с. Послойное наращивание включает в себя следующие основные этапы: в соответствии с очертаниями текущего контура изделия луч лазера прорисовывает очередной слой на поверхности жидкого полимера; платформа с формируемым прототипом погружается в полимер на толщину слоя; лазер засвечивает следующий слой полимера и т. д. К недостаткам данного метода прототипирования можно отнести высокую цену фотополимера. Они обладают резким запахом и весьма токсичны, требуют защиты от прямой засветки различными источниками света для избежания преждевременной полимеризации. Готовое изделие требует осторожности при дальнейшей с ним работы, так как полимеризованный материал имеет невысокие механические свойства.
SGC-процесс и SLS-процесс В отличие от предыдущего способа SGC-процесс основан на одновременном отверждении всего слоя фотополимера, ограниченного маской в заданном сечении, что значительно повышает производительность изготовления прототипа. Рис. 28. 3. Схема SGC-процесса Рис. 28. 4. Схема SLS-процесса Недостатки процесса: - шумность установки; -громоздкость и вес установки -постоянное вмешательство человека в технологический процесс.
В SLS-процессе используется принцип образования прототипа с помощью послойного лазерного спекания порошков. Практически любой материал (песок, полимер, металл и т. д. ) может быть использован в этом процессе. Необходимое требование это мелкодисперсность порошка и возможность его распыления через сопла. Рис. 28. 5. Прототип маски, изготовленный с помощью термопринтера FDM-технологии Это новейшая технология разработана фирмой 3 D System. Принцип действия термопринтера напоминает струйный принтер, но в качестве рабочей смеси используют термополимерные материалы (литьевые пластики типа АВС, эластомеры с большим выбором цветов – все они экологически чистые). Изделия, получаемые этим методом, влагостойкие и стабильно долго сохраняют геометрию прототипа.
LOM-процесс Суть процесса заключается в послойном выкраивании по программе листового материала (как правило бумага, пропитанная смолами) с последующим склеиванием. Существуют два типа LOM-технологий: LOM-1 это резка листового материала с помощью СО 2 лазера; LOM-1 это Рис. 28. 6. Схема послойного наращивания изделия по резка листового материала с LOM-технологии помощью механического резака. Мощность СО 2 лазера колеблется в пределах 25 -50 Вт. Рис. 28. 7. Моделирование процесса механообработки Для создания прототипов ускоренным фрезерованием прототипа из мягких материалов (гравирование) используются сравнительно недорогие мягкие материалы типа пластмасс, твердого пенопласта, дерева и т. п. Их применение позволяет существенно сократить время фрезерования при изготовлении прототипа
В качестве базовой модели используется компьютерная модель изделия, которая передается в подсистему технологической подготовки производства (рис. 28. 7). С помощью этой подсистемы выбираются из базы данных или проектируются инструменты, назначается станок, разрабатывается технология изготовления. Затем автоматически создается программа для выбранного станка с ЧПУ и выполняется контроль спроектированного процесса механообработки. Точность позиционирования инструмента гравировально-фрезерных станков фирмы CIELLE серии Alfa 12, 7 мкм, а серии Beta, Gamma и Delfa 1, 27 мкм. В настоящее время наибольшей производительностью в сочетании с высокой точностью и стабильностью, как в опытном, так и серийном производстве из всех рассмотренных технологий прототипирования обладает SLA-технология, хотя это одна из наиболее дорогих технологий по стоимости оборудования. Рис. 28. 8. Ручка управления изготовленная по SLA-технологии
Скачать презентацию Тема 17 ТЕХНОЛОГИЯ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ В ТПП Лекция
лекция 28.ppt