Трехмерное прототипирование Прототипирование Прототип работающая модель

Трехмерное прототипирование

Прототипирование Прототип — работающая модель, опытный образец устройства или детали. 2

Быстрое прототипирование (Rapid prototyping) Быстрое прототипирование — это технология быстрого «макетирования» , быстрого создания опытных образцов или работающей модели системы для демонстрации заказчику или проверки возможности реализации. 3

Технологии прототипирования Стереолитография (SLA — Stereo Litography Apparatus); Лазерное спекание порошков (SLS — Selective Laser Sintering); Порошково-струйная технология (Технология склеивания порошков); Отверждение на твёрдом основании (SGC — Solid Ground Curing); Нанесение термопластов (FDM — Fused Deposition Modelig); Распыление термопластов (BPM — Ballistic Particle Manufacturing); Моделирование при помощи склейки (LOM — Laminated Object Modeling); Технология многосопельного моделирования (MJM Multi Jet Modeling). 4

Подготовка трехмерной модели Большинство известных систем быстрого прототипирования работают, по схожему, послойному принципу построения физической модели. САПР обеспечивают экспорт моделей в стандартном для быстрого прототипирования формате *. STL (sterolithography) 5

Технология лазерной стереолитографии (SLA — Stereo Litography Apparatus) Принцип работы: сечение рисуется лазером по тонкому верхнему слою фотоотверждаемого полимера. 6

7

8

9

Пластиковые стереолитографические модели рабочих колес для водометных движителей, изготовленные по ним восковые модели ( «восковки» ) и готовая металлическая отливка 10

11

Технология лазерной стереолитографии (SLA — Stereo Litography Apparatus) Заключение Толщина слоя изделия ~0, 02 -0, 15 мм Объем контейнера — 30 -900 л Используемы материалы — фотополимеры (светочувствительные смолы). Преимущества: высокая точность изготовления, хорошая обрабатываемость поверхности. Недостатки: при построении нависающих элементов детали используются специальные поддержки. Стоимость (EXW) SLA-машин варьирует (в зависимости от модели, мощности лазера, размеров ванны, страны поставки, объема гарантийного и пост-гарантийного обслуживания, наличия дополнительного оборудования, количества расходных материалов и т. д. ) от 235 тыс. евро до 950 тыс. евро. Ведущие производители — 3 D Systems (США). Включить ролик (изготовление бампера, 2: 31 мин) Включить ролик (изготовление телефона, 1: 57 мин) 12

Технология лазерного спекания порошков (SLS — Selective Laser Sintering) Принцип работы: модели создаются из порошковых материалов за счет эффекта спекания при помощи энергии лазерного луча. В отличие от SLA-процесса, лазерный луч является не источником света, а источником тепла. Попадая на тонкий слой порошка, лазерный луч спекает его частицы и формирует твердую массу, в соответствие с геометрией детали. 13

14

15

16

17

18

Технология лазерного спекания порошков (SLS — Selective Laser Sintering) Заключение Толщина слоя изделия ~0, 07 -0, 2 мм Объем контейнера — 100 -230 л Используемы материалы — термопласты, полимерные порошки, Стоимость SLS-машин варьирует (в зависимости от модели, мощности лазера, размеров рабочей камеры, страны поставки, объема гарантийного и пост-гарантийного обслуживания, наличия дополнительного оборудования, количества расходных материалов и т. д. ) от 600 тыс. евро до 850 тыс. евро. Ведущие производители — 3 D Systems (США), EOS Gmb. H (Германия). Включить ролик (изготовление светильника, 7: 51 мин) плакированный песок, металло-порошки. Преимущества: отсутствие так называемых поддержек при построении модели. 19

Порошково-струйная технология Принцип работы: используюется композитный порошок и жидкий клей, который поступает из струйной головки и связывает частицы порошка, формируя контур модели. Для увеличения прочности модели, имеющиеся пустоты могут быть заполнены жидким воском. Такие технологии позволяют не просто создавать 3 Dобъекты произвольной формы, но еще и раскрашивать их. 20

21

22

23

24

25

Изделия из различных материалов Z-corp Литейная форма из zp 130 и готовая деталь Обувная подошва, изготовленная из эластомера Стержень для литейной формы (материал zcast 501) Изготовление шаблонов и форм для отливки металлических деталей 26

Сравнительная таблица на примере продукции Z Corporation Zcorp Скорость печати Режим печати Размер камеры Zprinter 310 Plus 2 -3 слоя в минуту 25 мм/ч монохромный 203 x 254 x 203 мм Zprinter 350 2 -3 слоя в минуту 20 мм/ч монохромный 203 x 254 x 203 мм Zprinter 450 2 -4 слоя в минуту 23 мм/ч цветной 203 x 254 x 203 мм Zprinter 650 2 -4 слоя в минуту 28 мм/ч цветной 254 x 381 x 203 мм Высококачественный композитный, эластомерный, эпоксидный, для прямого литья, для точного литья Высококачественный композитный материал 0, 089 - 0, 203 мм 300 x 450 dpi 1 300 x 450 dpi 2 600 x 540 dpi 5 304 604 1520 115 179 193 340 35, 000 65, 000 27 97, 000 (Ш x Г x В) Материал Толщина слоя печати Разрешение Количество печатающих головок Количество сопел Вес, кг Цена, $ 0, 089 - 0, 102 мм

Порошково-струйная технология Заключение Толщина слоя изделия ~0, 1 мм Преимущества: возможность изготовления тонкостенных деталей, возможность цветной печати, наличие гибких материалов, наличие материалов для литейных форм и выжигаемых моделей, дальнейшая обработка (сверление, шлифование, окрашивание, гальваническая обработка, применение лакокрасочных покрытий) Ведущие производители — Z Corporation (США). Включить ролик (работа Zphinter 540, 4: 01 мин. ) 28

Отверждение на твёрдом основании (SGC — Solid Ground Curing) Принцип работы: с помощью специального тонера на стеклянной пластине создается изображение слоя, образующее его фотошаблон. Тонкий слой смолы, распределенный по поверхности рабочего стола, через находящийся над ним фотошаблон, несколько секунд экспонируются под ультрафиолетовой лампой. В результате чего отвердевает слой смолы, фотомаска которого использовалась в этот момент. Неотвердевшая смола удаляется, полости заполняются расплавленным воском, который быстро затвердевает. Ведущие производители — Cubital (США). 29

Из-за сложности реализации SGC технология не получила широкого распространения Анимация процесса работы (00: 38 мин) 30

Технология нанесения термопластов (FDM — Fused Deposition Modelig) Принцип работы: послойная укладка, сечение рисуется расплавленной до полужидкого состояния полимерной нитью в соответствии с геометрией. 31

32

33

34

Сравнительная таблица на примере продукции Stratasys Размер камеры (Ш x Г x В) Толщина слоя печати Вес, кг Цена, $ FORTUS 400 mc FORTUS 200 mc 203 x 305 мм 355 x 254 мм FORTUS 900 mc 914 x 609 x 914 мм 0. 178 - 0. 254 мм 0. 127 - 0. 330 мм 0. 178 - 0. 330 мм 168 687 3287 50, 000 200, 000 400, 000 35

u. Print Personal 3 D Printer Характеристики Технология FDM; Толщина слоя — 0. 254 мм ; Размер камеры— 203 x 152 мм ; Вес — 94 Кг Цена ~ 14, 500 $ Изготовление ключа (00: 23 мин). 36

Технология нанесения термопластов (FDM — Fused Deposition Modelig) Заключение Толщина слоя изделия ~0, 2 мм Используемы материалы — полимерная нить (из АБС, полифенилсульфон PPSF, поликарбоната или воска) Преимущества: точность изготовления, прочность и термостабильность, после окончания процесса моделирования изделие можно почти сразу использовать. (ABS сохраняют прочность при нагреве до 93°С, из РС - до 125°С, а из PPSF - до 189°С. РPSF устойчив к воздействию антифризов, моторных масел, бензина и кислот) Ведущие производители — Stratasys (США). Включить ролик (процесс работы, 01: 02 мин) 37

Технология распыления термопластов (BPM — Ballistic Particle Manufacturing) Принцип работы: послойная укладка, сечение рисуется расплавленной до полужидкого состояния полимерной нитью в соответствии с геометрией. Точность BMP-процесса определяется размером частиц, используемых для формообразования изделия. Процесс должен вестись в инертной атмосфере или в вакууме, чтобы предотвратить окисление частиц. Для изготовления требуются поддерживающие конструкции, которые затем легко от прототипируемого объекта. Процесс позволяет добиться очень высокой точности формы +/- 7 мкм. Недостатки: небольшой спектр веществ, которые могут быть использованы для создания объекта-прототипа. 38

Моделирование при помощи склейки (LOM — Laminated Object Modeling) Принцип работы: послойное склеивание пленочных материалов, например, полимерной пленки или ламинированной бумаги с последующим формированием ( «вырезанием» ) модели с помощью лазерного луча или режущего инструмента. Анимация процесса (00: 45 мин) 39

40

SD 300 Pro 3 D Printer (PSL - Plastic Sheet Lamination) Характеристики Технология — PSL; Материал — полихлорвиниловая пленка; Цвета пленки — светлый янтарь, красный, синий, черный, кремовый ; Толщина слоя — 0. 168 мм ; Размер камеры (Ш x Г x В) — 160 x 210 x 135 мм ; Вес — 45 Кг Цена ~ 10, 000 $ Включить ролик (процесс работы, 04: 43 мин. ) 41

Технология нанесения термопластов (LOM — Laminated Object Modeling) Заключение Толщина слоя изделия ~0, 1 -0, 2 мм Объем контейнера — 5 -15 л Используемы материалы — полимерная пленка или ламинированная бумага. Преимущества: низкая цена. Недостатки: высокий удельный расход материала. Ведущие производители — Solido (Израиль) , Cubic. Technologies (США) , 3 D Systems (США). 42

Технология многосопельного моделирования (MJM Multi Jet Modeling) Принцип работы: построение модели ведется путем нанесения расплавленного материала с помощью многоструйных головок (по типу струйных принтеров). Применяется для непосредственного выращивания восковой модели и дальнейшего получения металлической отливки методом литья в оболочковые или гипсокерамические формы. Обеспечивает возможность быстрого получения отливки из металла без изготовления литейной оснастки. 43

44

Машины серии Pro. Jet 3000 компании 3 D Systems Pro. Jet DP 3000 Включить ролик (Pro. Jet 5000, 00: 35 мин. ) Pro. Jet HD 3000 45

Технология многосопельного моделирования (MJM Multi Jet Modeling) Заключение Толщина слоя изделия ~0, 05 -0, 25 мм Объем контейнера — 7, 5 -140 л Используемы материалы — литейный воск. Преимущества: возможность изготовления небольшой партии полиуретановых (в силиконовые формы) или металлических (по выплавляемым или выжигаемым моделям) отливок. Недостатки: при построении нависающих элементов детали используются специальные поддержки. Стоимость принтеров серии Pro. Jet 3000 варьирует от 85 до 115 тыс. евро. Ведущие производители — 3 D Systems (США). Включить ролик (процесс работы, 02: 44 мин. ) 46

Области применения трехмерного прототипирования 5% 8% 8% 9% 9% 11% 18% Машиностроение 32% Потребительские товары Канцелярия Медицина Исследования Авиастроение Военное дело Другие 47

Спасибо за внимание. 48

Спасибо за внимание. 49