1. Technologie komputerowe w rozwoju produktu

Technologie komputerowe- zalety, możliwość:

- bezstratnego: przechowywania i przesyłania danych, modyfikowania i kopiowania, drukowania i konwertowania,

- ponownego użycia fragmentów lub całości danych,

- wyrafinowanego przetwarzania danych,

- automatyzacji czynności powtarzalnych,

- tworzenia własnych i sterowania zewn baz danych.

CIM- komputerowo zintegrowane wytwarzanie

Projektowanie konstrukcyjne:

CAD- komputerowo wspomagane projektowanie

CAE- komp wspomagane (obliczenia) inżynierskie

Proj technologiczne:

CAP- komp wspomagane (technologiczne) planowanie produkcji

CAPP- komp wspom planowanie procesów prod

Nadzorowanie urządzeń sterowanych komputerowo:

CAM- komp wspom nadzorowanie urządzeń obróbkowych

CAA- komp wspom nadzorowanie wytwórczych urządzeń montażowych

Planowanie i sterowanie produkcją:

PPC- komp planowanie i sterowanie produkcji

Zapewnienie jakości:

CAQ- komp wspom zapewnienie jakości

CAT- komp wspom sterowanie urządzeń pomiarowo- kontrolnych

Zarządzanie przepływem informacji:

PDM- zarządzanie danymi o produkcie

PLM- zarządz cyklem życia produktu

Inżynieria współbieżna- umożliwia:

- tworzenie wirtualnych prototypów produktów, na których łatwiej przeprowadzić wiele iteracji prowadzących do lepszych projektów,

- interację działań inżynierskich wokół wspólnego modelu produktu,

- automatyczne zarządzanie zmianami inżynierskimi i prawami dostępu do danych,

- skrócenie czasu rozwoju produktu dzięki częściowemu nakładaniu się jego etapówinż. Współbieżna.

Podsumowanie osiągniętych efektów:

- skrócenie czasu wdrożenia z dotychczasowych 2,5-3lat do 9 mies,

- obniżenie kosztu budowy prototypów do ok. 30% kosztów tradycyjnych,

- obniżenie kosztów zmian narzędzi specjalnych oraz czasu traconego na ich wprowadzenie,

- wdrożenie metod projektowania i modelowania 3D oraz technik CAx i RP/RT w firmie dla kolejnych projektów.

2,3. Wspomaganie komp w modelowaniu geometrycznym(CAD)

Modelowanie geometryczne:

- tworzenie i przetwarzanie komputerowego zapisu kształtów obiektów,

- przedmiotem modelowania są zwykłe obiekty fizyczne, trójwymiarowe, posiadające niezerową objętość,

- modele geometr są tylko przybliżeniem kształtów obiektów rzeczywistych.

Projektowanie konstrukcyjne:

- koncepcja (tylko dla nowych produktów): lista wymagań, zasada rozwiązania, warianty koncepcji, struktura funkcjonalna, ocena koncepcjipomocniczość,

- projektowanie: kształtowanie wstępne (szkic), geometr (model), obliczenia- wstępne, optymalizacyjne, sprawdzające (CAE), końcowe (model geometr z ograniczeniami), rysunki wykonawcze (dokumentacja 2D)wspomaganie/automatyzacja,

- dokumentacja: widoki, wyrwania, przekroje (rys wykonawcze); formaty, podziałki, skale, wymiarowanie; opisy, listy elementów (BOM), rys zespołów konstrukcyjnych (złożeniowe), rys montażowe wspomaganie/pełna automatyzacja.

Zalety stosowania systemów CAD:

- dokładność modelowania,

- automatyzacja niektórych czynności,

- bezstratność przechowywania, wielokrotnego modyfikowania, przesyłania i drukowania modeli,

- lepsza wizualizacja modeli,

- możliwość ponownego użycia fragmentów lub całości poprzednich projektów,

- możliwośc oparcia całego procesu proj o jeden wspólny model o wielu aspektach (widokach),

- bazy danych- tworzenie własnych (archiwum) i stosowanie zewn (katalogi).

Typy modeli geometrycznych:

- 2D (rysunki),

- 3D- krawędziowe, powierzchniowe, bryłowe,

- 3D zaawansowane- hybrydowe, obiektowe, parametryczne, wariantowe, złożeniowe.

Modele 2D- wady:

- tylko płaskie rys (rzuty)- niejednoznaczność reprezentacji obiektów fiz,

- brak możliwości bezpośredniego wykorzystania rysunków w innych działaniach inżynierskich.

3D krawędziowe- wady:

- niejednoznaczność reprezentacji obiektów,

- brak koniecznych danych o geometrii- niemożliwa integracja z innymi systemami wspierającymi rozwój produktu.

3D powierzchniowe- postacie krzywych:

- Hermite'a- pojedynczy odcinek krzywej definiowany przez 2 punkty i 2 wektory,

- Beziera- 4 punkty (2 końcowe i 2 kontrolne)

- sklejania- kolejne segmenty jako krzywe definiowane przez wspólne punkty końcowe i kontrolne, tzw. Splajn,

- NURBS- uogólnienie Beziera, przechodzą przez punkty kontrolne posiadające wagę (decydujące o ich sile przyciągania), bardzo gładkie.

Wady:

- niejednoznaczność reprezentacji obiektów,

- trudność w interaktywnej modyfikacji powierzchni swobodnych,

- złożoność obliczeniowa,

- trudność w zapewnieniu formalnej poprawności.

Siatki powierzchniowe i STL

- modele pow mogą być aproksymowane siatkami wielokątowymi,

- konwersja z modelu pow do siatki jest automatyczna, operacja odwrotna- skomplikowana,

- modele siatkowe zapisane w formacie STL są pow wykorzystywane w technikach „cyfrowego wytw”.

3D brylowe- wady: złożoność obliczeniowa.

Poprawność modeli pow:

- elementy pow całkowicie ograniczają pojedynczy zamknięty fragment przestrzeni o niezerowej objętości, lub:

- nie występują w nim elementy luźne, niezwiązane wszystkimi swoimi krawędziami z pozostałymi elementami i każda krawędź jest wspólna dla 2 elem pow, lub:

- spełniona jest uogólniona Reg Eulera.

3D hybrydowe:

- połączenie funkcjonalności modeli krawędziowych, pow i bryłowych w jednym systemie CAD,

- różne postacie3 modelu dostępne są dla różnych operacji lub zastosowań,

- większość CAD umozliwia modelowanie hybrydowe pow- bryłowe.

Modelowanie obiektowe

- większość systemów CAD wspiera modelowanie obiektowe,

- obiekt to element modelu powstający wg koncepcji: szkic(2D) operacjaobiekt 3D; operacja może dodawać lub usuwać materiał,

- w operacjach dodających powstają obiekty o kształcie prymitywów bryłowych,

- operacje odejmujące tworzą obiekty podobne do efektów procesów technologicznych,

- biblioteki gotowych obiektów,

- utworzone w modelu obiekty można zmieniać, ponieważ obiektowe systemy CAD przechowują ich listę historii modelu.

Modelowanie parametryczne:

- pozwalają na opisywanie budowanego modelu przez parametry,

- parametry służą do zapisywania intencji projektanta,

- model parametryczny musi być rozwiązywalny- wszystkie jego elementy muszą zawierać komplet informacji o geometrii, podanych explicite przez użytkownika,

- o części parametrów systemy CAD wnioskują samodzielnie.

Parametry mogą być:

- wymiarami- liczbowymi i na szkicu i w definicji operacji,

- więzami- np. koncentryczność, styczność, równoległość,

- zależnościami- określającymi związki między wymiarami wewnątrz szkicu, pomiędzy szkicami i między wymiarami a parametrami operacji.

Definiowanie:

- jeśli nie zdefiniujemy wszystkich parametrów, model lub jego część jest nie w pełni zdefiniowany,

- określenie wszystkich parametrów i więzów - model w pełni zdefin,

- za dużo parametrów- model przedefiniowany.

Modelowanie wariantowe- modelowanie rodziny obiektów różniących się parametrami liczbowymi.

Modelowanie złożone:

- w systemie CAD budowane jest hierarchiczne złożenie części, zwykle opisanych w oddzielnych modelach/plikach,

- możliwe jest wzajemne pozycjonowanie części i zespołów,

- relacje produkt- zespół- podzespół- część odpowiadają podstawowym funkcjom systemów PDM/PLM,

- wzajemne pozycjonowanie komponentów złożenia możliwe dzięki parametrom i więzom: -współpłaszczyznowość, równoległość, prostopadłość pow i części, - koncentryczność, styczność lub współliniowość krawędzi należących do części,

- możliwe jest sprawdzenie ruchomości połączonych części, przenikania się brył części,

- możliwe jest definiowanie widoków rozbitych złożeń.

Jądra modelowania bryłowego:

- zbiory procedur tworzenia i modyfikacji brył,

- najpopularniejsze to ACIS i Parasolid,

- wiele systemów CAD posiada własne jądra (CATIA),

- ACIS i Parasolid mają własny format wymiany danych.

Kierunki rozwoju systemów CAD:

- trybrid model ling- połączenie zalet modeli brył, pow i siatek trójk,

- modelowanie właściwości materiałowych- możliwośc przypisywania w modelu właściwości materiału i powierzchni,

- uwzględnianie tolerancji wymiarowych- możliwość opisywania tolerancji w modelu konstrukcyjnym,

- integracja on-line z systemami CAE- możliwość bieżącej kontroli właściwości projektowanego wyrobu.

4. Wizualizacja modeli CAD

- ukrywanie linii zasłoniętych- pozwala lepiej zrozumieć zależności geometr między elementami modelu, wymaga zdefiniowania pow,

- cieniowanie- pokazuje pow modelu, pozwala na efektywne wykorzystanie koloru, metody:cien płaskie, Gourauda, Phonga,

- cieniowanie w czasie rzeczywistym,

- pełne renderowanie- umożliwia uzyskanie fotorealizmu wygenerowanego komputerowo widoku zawierającego obiekt i otoczenie, algorytmy uwzględniają informacje o geometrii, teksturze i sposobie odbijania światła przez obiekty, przenikalności obiektów przezroczystych i zewn warunkach oświetleniowych.

Wirtualna rzeczywistość- charakteryzowana jest przez 3 I :

- jest oparta na bezpośrednim kontakcie człowieka z sceną w przestrzeni 3D z wykorzystaniem zanurzenia w tej scenie,

- umożliwia lepsze wyobrażanie sobie ukazywanych scen,

- pozwala na interakcję z modelem przy pomocy specjalnych urządzeń.

Cyberprzestrzeń- lokalizacja, która istnieje tylko w umyśle uczestnika, często jako rezultat technologii umożliwiającej osobom oddalonym od siebie interaktywną komunikację.

Hełmy HMD (Head Moont Display)

Wyświetlanie obrazów stereoskopowych:

- projekcja naprzemienna- 1 projektor, drogie okulary aktywne migawkowe synchronizowane z projektorem, zwykły ekran,

- projekcja anaglifów- 1 projektor, okulary z filtrami kolorowymi, zwykły ekran, rozwiązanie najtańsze ale niezadawalająca jakość,

- proj pasywna z polaryzacją- 2 projektory, tanie okulary, wymagany specjalny ekran,

- monitor autodeskopowy- maska z soczewkami przed ekranem, niepotrzebne okulary,

- CAVE,

- system projekcji sferycznej.

Systemy śledzenia pozycji widza:

- mechaniczne (ramię lub szkielet): +duża dokładność, krótki czas realizacji, - ograniczone ruchy, ciężar,

- magnetyczne: + krótki czas reakcji, - długi czas pomiaru, interferencje,

- ultradźwiękowe: - podatność na zakłócenia, niska rozdzielczość, długi czas reakcji,

- optyczne: + możliwość śledzenia wielu obiektów, duża szybkość, - konieczna widoczność elementów.

VRML- język opisu obiektów i animacji w scenie 3D, zastąpił go X3D- standard ISO oparty na formacie XML, służący do przedstawiania komputerowej grafiki 3D.

Zastosowanie: symulatory (dla kierowców, pilotów), edukacja (muzea, szkolenia); architektura (rekonstrukcje, nowe projekty); przemysł (projektowanie, weryfikacja); Virual Clay Modeling- analogiczne do rzeźbienia w glinie; prezentacja wyników symulacji numerycznych; teleimersja; medycyna; kino; na polibudzie.

RE- Rapid Engineering - Technologie szybkiego wytwarzania

RP- Rapie Prototyping -Technologie Szybkiego Prototypowania

RT- Rapie Tooling- Technologie szybkiego wytwarzania narzędzi.

Korzyścią zastosowania technik RP/RT/RE jest oszczędność czasu.

Zadania stawiane przed technologiami RP/RT/RE:

- redukcja kosztów wprowadzenia produktu na rynek

- skrócenie czasu wdrożenia wyrobu do produkcji

- wczesna weryfikacja przyjętych założeń konstrukcyjnych

- uproszczenie komunikacji pomiędzy partnerami procesu rozwoju produktu

- wpieranie działań marketingowych firmy

Rapid Prototyping- bazujący na wirtualnych modelach przestrzennych CAD, proces budowy modeli fizycznych z tworzyw, tworzyw sztucznych, metalu, ceramiki lub papieru, polegający na warstwowym sterowaniu przez komputer, spajaniu materiałów w postaci cieczy, proszków lub arkuszy.

Przebieg typowego procesu RP

- tworzenie modelu 3D w środowisku CAD

- zapis modelu do formatu STL

- przygotowanie danych do procesu RP

-przygotowanie maszyny, uruchomienie procesu RP

- wytwarzanie prototypu

- obróbka wykańczająca

Klasyfikacja technik RP:

Technika 3D

-punkt po punkcie

dyskretna

- natryskiwanie kropelkowe

ciągła

-modelowanie warstwowe przez wtłaczanie

-powierzchnia po powierzchni

Technika 2D (warstwowa)

-punkt po punkcie

dyskretna

+stereolitografia

spiekanie proszków SLS

+warstwowe natryskiwanie spoiwa(3DP)

ciągła

+modelowanie warstwowe przez wtłaczanie(FDM)

+warstwowe natryskiwanie spoiwa

- warstwa po warstwie

+warstwowe utwardzanie podłoża

+warstwowe sklejanie folii

+warstwowe zlepienie z prasowaniem(SAHP)

Metody łączenia:

-wiązanie chemiczne

-spiekanie

-klejenie

Rodzaje materiałów:

-proszek

-ciecz

-ciało stałe

3D Printing- to jedna z metod RP. Na podstawie modelu 3D tworzony jest, warstwa po warstwie, model fizyczny.

Jak działa ta metoda?

Wałek rozprowadza na platformie podmodelowej warstwę proszku z zasobnika. Następnie, głowica drukująca, na podstawie modelu 3D nanosi na proszek środek spajający. Platforma podmodelowa opuszczana jest o grubość warstwy.

Zasobnik proszku podnosi się zaś o tę samą odległośc i proces się powtarza. Tak budowany jest model fizyczny. Następnie model oczyszcza się z luźnego proszku. Aby uniknąć negatywnego wpływu wilgoci, model poddaje się kąpieli w gorącym wosku lub infiltruje innymi materiałami.

Materiałami używanymi w 3DP są:

-skrobia

-gips

-wosk, celuloza, ceramika, metal, polimery.

Do spajania gipsu wykorzystywana jest woda. Materiały alternatywne wymagają specjalnych spoiw jak np. koloidy.

Rozmiary prototypu:

200x250x200

Grubość wytwarzanej warstwy:

0,075-1mm

Wady metody3DP:

- słabe właściwości mechaniczne modeli

- niska jakość powierzchni

- wytworzenie prototypu funkcjonalnego wymaga wielu dodatkowych operacji na gotowym modelu

- mała liczba stosowanych materiałów

Wady metod warstwowych:

+Ograniczone wymiary przestrzeni roboczej w dostępnych maszynach od ok. 250-500mm.

+Ograniczona dokładność-warstwy zwykle o grubości 1mm.

+ograniczony ,ale stale rosnący zakres materiałów- wybrane tworzywa sztuczne

+w niektórych technologiach konieczność budowania wsporników, co może ograniczać dowolność kształtowania geometrii obiektów.

+Niewystarczająca jakość obiektów budowanych.

RT- klasyfikacja

+Techniki bezpośrednie

-SLM

-DLMS

-Drukarka 3D

-EOS SM

-ProMetal

-CNC

+Techniki pośrednie

-Rapid Soft Toooling

*Formowanie próżniowe Vacuum Casting

-Rapid Hard Tooling

*Matalizacja natryskowa Matal Spray

*Formy kompozytowe Composite Tooling

*MPC- Metal Part Casting.

5,6. Generatywne technologie wytwarzania:

-Szybkie prototypowanie(RP)

-szybkie wytwarzanie narzędzi(RT)

- szybkie wytwarzanie wyrobów ( RM)

• Trzy cechy technologii generatywnych (przyrostowych):

1. Budowa modeli fizycznych następuje przyrostowo ( addytywnie ,

generatywnie), przez dodawanie kolejnych cząstek materiału (najczęściej Szybkie prototypowanie) warstw, chociaż istnieją metody nie warstwowe (Rapid Prototyping)

2. Procesy są sterowane komputerowo i wymagają cyfrowych modeli

trójwymiarowych geometrii z systemów CAD

3. Otrzymywane obiekty mogą mieć niemal dowolny kształt, a czas (i koszt)

budowy zależy bardziej od objętości z użytego materiału niż od stopni a

skomplikowania geometrii- „Geometria za darmo !”

•Materiały w procesach przyrostowych:

-Postać: proszki , ciecze/pasty lub folie

- Skład: tworzywo sztuczne, papier, metale i ich stopy.

Zalety technologii generatywnych

• Krótszy czas i niższy koszt uruchomienia produkcji

- Niepotrzebne są formy i narzędzia produkcyjne

- Model CAD to prawie gotowy model technologiczny

- Pierwszy wyrób po kilku-kilkudziesięciu godzinach!

• Dowolność kształtów wyrobów -Materiały i struktury funkcjonalnie zmienne

- Model geometryczny może być efektem symulacji

-Materiał można zmieniać w czasie trwania procesu

Wady technologii generatywnych

•Do czasu upowszechnienia się tych technologii…

- drogie materiały (np. proszek tytanu - 800 €/kg)

-drogie urządzenia (np. SLM - 700 000 €)

•Ograniczenia technologiczne

- Warstwowość na poziomie 0.05 mm uniemożliwia

wytwarzanie wyrobów o większej precyzji i szczegó³owoœci

-Można wytwarzać wyroby dotąd „nie technologiczne”

- Niektóre technologie wymagaj¹ „ struktur wspierających ”

-Można stosować w produkcji jednostkowej

- Chropowatość powierzchni w technologiach proszkowych

często wymaga obróbki wykańczającej

• Brak powszechnie przyjętych standardów

Obszary szczególnych korzyści:

Optymalizacja funkcji kosztem złożoności geometrycznej

- konsolidacja części- złożone zespoły wytwarzane jako jeden komponent

-dopasowanie wyrobu do kształtów anatomicznych.

Przykład optymalizacji ....Hipermoulding-wysokowydajne formowanie wtryskowe

-pozycjonowanie kanałów chłodzących w optymalny sposób konformalnie, umożliwiając efektywne odprowadzanie ciepła.

Technologie generatywne pozwalają na zespolenie wielu komponentów w jeden a skutkiem tego są:

-redukcja kosztów

-potencjał optymalizacji konstrukcji wyrobu uwzględniając tylko jego przeznaczenie

- brak konieczności szukania kompromisów w konstrukcji z powodów zależnych od metod wytwarzania i montażu.

Szybkie wytwarzanie RM

Przykłady planowanych zastosowań RM:

Przyrządy medyczne: implanty, scaffoldy, narzędzia chirurgiczne

-elementy specjalistyczne( ochraniacze, kaski)

-indywidualizowane, wyrabiane na zamówienie przedmioty wyposażenia domu

- przedmioty artystyczne

Zastosowanie RM :

- w medycynie (implanty czaszki, panewka stawu biodrowego, trzpień stawu biodrowego)

-przemysł rozrywkowy (zabawki, pamiątki(

-sztuka(obiekty niewykonalne metodami tradycyjnymi)

Masowa produkcja wyrobów

Dla masowej indywidualizacji wymagane są szczegółowe warunki organizacyjne i techniczne:

- sprawne zarządzanie danymi o klientach

-odpowiednia logistyka i sterowanie produkcją

krótki czas przygotowania produkcji

- minimalny koszt narzędzi specjalnych

Przykłady niepełnej realizacji MC:

-oprogramowanie i elektronika

-rowery, samochody

-wyroby sportowe

W przypadku produktów indywidualizowanych kształtem klient musi mieć swój udział w projektowaniu, wytwarzanie zazwyczaj wykorzystuje technologie generatywne.

Materiały funkcjonalnie zmienne

W materiałoznawstwie może on być charakteryzowany przez zmienność w swoim składzie oraz strukturze, wystepująca stopniowo w całej swej objętości, co może prowadzić do pożądanych własności obiektu.

Materiały zmienne mogą być projektowane dla specyficznych funkcji i zastosowań. Do ich wytworzenia mogą być stosowane rózne metody, także technologie generatywne.. Obszary zastosowań to bariery cieplne - ochrona konstrukcji nośnych przed wpływem wysokich temperatur.

A. Technologie Rapid Tooling

*Etapy rozwoju produktu wg. VDI2221:Wstępna koncepcja->Definicja głównych funkcji->Ocena i definicja celow projektu -> (Specyfikacja-wersja 1,2…N)-> Wstępne i szczegółowe projektowanie (obliczenia oraz ocena)-> Ocena,przgotowanieinstrukcji,dokument.itd.

* Rodzaje modeli : m.koncepcyjny->,<-m.ergonomiczny->,m.geometryczny->,<-m.konstrukcyjny->,<-prototyp,<- wzorzec

*Typy prototypów: p.wizualne ->, <- p.geometryczne->,<- p.funkcjonalne.

1Generatywne technologie wytw

- bazuja na modelach AD3D

- obiekt wytwarzany jest poprzez spajanie ze soba kolejnych warstw materiału

- głowny obszar aplikacji - szybkie prototypowanie (Rapid Prototyping RP)

2Rapid Tooling

Szybkie wytwarzanie narzedzi i oprzyrządowania technologicznego

• Termin Rapid Tooling (RT) - jest zazwyczaj stosowany do opisu procesów ktore oparte sa na GTW, za pomoca ktorych: - wytwarzane sa modele wzorcowe za pomoca których formowane jest narzedzie lub - wytwarzane sa bezposrednio narzedzia

3Różnice pomiędzy RT a konwencjonal. technologiami wytwarzania narzędzi:

- Czas do wytworzenia pierwszych wyrobow (T): TRT < 1/5 TK

- Koszty wytwarzania (K): nawet do
KRT < 0,05*KK

- Trwałosc narzedzi (t): tRT < t k

- Tolerancje wytwarzania δ: δRT > δK

4Rapid Tooling: kiedy?

• Analiza i ocena procesu wytwarzania,

• Zapewnienie wytwarz prototypom pełnych własnosci wyrobow finalnych, niemożliwych do odtworzenia za pomoca RP,

• Wytwarzanie serii probnych, dla ktorych metody RP nie sa optymalne pod wzgledem kosztow, czasu wytwarzania oraz powtarzalnosci cech geometrycznych,

•Zastosowanie w prototypowaniu docelowego procesu wytwarzania oraz materiału wyrobu finalnego,

• Redukcja kosztow oprzyrządowania technologicznego dla wytwarzania krotkich serii probnych,

• Szybkie wykonanie oprzyrządowania technologicznego dla pilotażowych serii wyrobow (Bridge Tooling).

5Procesy stosujace narzedzia RT

• Wtryskiwanie tworzyw sztucznych

• Odlewanie kokilowe metali

• Obrobka plastyczna blach

• Termoformowanie tworzyw sztucznych

• Montaż

6Klasyfikacja metod RT: kryteria

• Kryteria klasyfikacji:

- Trwałosc narzedzia = f(właściwości mechaniczne)

- Sposob wytwarzania/modelowania cech fizycznych

7Cechy metod RT

• Niska jakosc modeli prototypow i serii: - konwersja CAD - STL, - niska dokładnosc GTW , - sumowanie błedow w posrednich metodach RT

• Niskie właściwości mechaniczne materiałow stosowanych w RT

• Wysokie koszty zwiazane z: - systemami RP/RT - materiałami

B. Pośrednie rapid tooling

• Geometria narzedzia jest otrzymywana poprzez odformowanie modelu wzorcowego

• Stosowane procesy: - Odlewanie - Natryskiwanie termiczne - Procesy hybrydowe: odlewanie+spiekanie

8Posrednie metody RT

• Odlewanie prożniowe - Vacuum casting - MPC (metal part casting)

• Wtryskiwanie reaktywne - RIM

• CAFE - composite aluminium filed epoxy / composite tooling / epoxy tooling

• Natryskiwanie termiczne : - Metalizacja łukowa - Metalizacja plazmowa

a. Odlewanie próżniowe - odformowanie próżniowe gniazd form z elastomerów (kauczuki silikonowe) na bazie modelu wzorcowego

odlewanie próżniowe - materiały modeli fizycznych : • żywice epoksydowe i poliuretanowe emulujące właściwości tworzyw sztucznych: ABS, LDPE, HDP, PVC, PA • wosk odlewniczy • kompozyty

ZALETY I WADY odlew.próż:

Zalety metody:

• Niskie koszty < 10 % kosztow zwiazanych z formowaniem wtryskowym

• Krotkie cykle wytwarzania < 5% czasu zwiazanego z wytwarzaniem oprzyrzadowania oraz serii wyrobow za pomoca formowania wtryskowego

Wady:

• Niskie własnosci wytrzymałosciowe form - krotkie serie wytwarzanych obiektow < 30 (50, 10 ….)

• Jakosc wyrobow zależna od przygotowania modeli wzorcowych

b. wtryskiwanie reaktywne RIM

• Narzedzia o wiekszej trwałości niż w odlewaniu prożniowym

• Wieksze serie prototypow i gotowych wyrobow

• Krotsze cykle wytwarzania elementow serii

c. Metalizacja łukowa

• Wytwarzanie gniazd form wtryskowych

• Narzedzia dla wytwarzania krotkich i średnich serii wyrobow

• Skorupowe narzedzie tworzone przez naniesienie warstw materiału strugą sprężonego powietrza stopionych w łuku elektrycznym

• Materiał: niskotopliwe stopy Zn-Sn (można też stal - modele ceramiczne)

• Modele wzorcowe - np. wykonane GTW

d.Kompozyty epoksydowe

• Wytwarzanie gniazd form wtryskowych oraz tłocznikow

• Narzedzia dla wytwarzania krotkich i średnich serii wyrobow

• Materiał: żywi epoksydowa wypełniona Al

• Modele wzorcowe - np. wykonane technikami RP

e. Metal Part Casting (MPC)

• Odlewanie w prożni stopow metali za pomoca metody traconego modelu.

• Materiały: stopy Al, Cu, …

C Bezposrednie rapid ToolingPROCESY :

-stereolitografia (SL) : Wytwarzanie wkładek dla form wtryskowych -

-DirectAIM -drukowanie 3D (3DP): - Wykonywanie form do odlewania niskotopliwych stopow metali - ZCast,

- SLS - Selective Laser Sintering : • Spiekanie fazy polimerowej fazy niskotopliwej (powlekajacej ziarna proszku) • Laser CO2 30W - 100W • Konieczny posredni etap spiekania w piecu +infiltracja brazem • Grubosc warstwy: 70 - 80 Sm • Dokładnosc: 0.05 - 0.1 mm

- DMLS - Direct Metal Laser Sintering : • Spoiwo metaliczne dla (lasera 240 W CO2) lub brak spoiwa (NdYAG 200W)
• Brak etapu spiekania ziaren w piecu
• Czesciowe lub pełne przetopienie (struktura porowata lub zbliżona do pełnej)

• Wytrzymałosc (rozciaganie): 1100 (H20) • Grubosc warstwy: 20 - 50 Sm •Dokładnosc: 0.05 - 0.1 mm, • Wymagane wsporniki

- SLM Selective Laser Melting (MTT):
• Brak spoiwa i infiltracji • Laser NdYAG 100W • Stal o pełnej gęstości • Grubosc warstwy > 50 Sm • Dokładnosc: 0.1 - 0.2 mm, • Wytrzymałość (rozciaganie) 1100 MPa • Twardosc < 65HRC

- LENS

- Narzedzia laminowane - MELATO

- Narzedzia laminowane - Lastform

*Wysokowydajne narzedzia formujace

Korzysci: • Lepsze zarzadzanie termodynamika procesu • Poprawa jakosci wyprasek • Skrocenie czasu cyklu wytwarzania wypraski do ponad 35% • Redukcja kosztow

• Protomoulding - proces wdrożony przez firme Protomould. Oparty na frezowaniu HSM w oparciu o zaawansowany klaster obliczeniowy przygotowujacy dane (opracowujacy konstrukcje formy oraz

kody NC)

A. Technologie Rapid Tooling

*Etapy rozwoju produktu wg.

* Rodzaje modeli

*Typy prototypów

1Generatywne technologie wytw

2Rapid Tooling

3Różnice pomiędzy RT a konwencjonal. technologiami wytwarzania narzędzi

4Rapid Tooling: kiedy?

5Procesy stosujace narzedzia RT

6Klasyfikacja metod RT: kryteria

7Cechy metod RT

B. Pośrednie rapid tooling

8Posrednie metody RT

a. Odlewanie próżniowe

b. wtryskiwanie reaktywne RIM

c. Metalizacja łukowa

d.Kompozyty epoksydowe

e. Metal Part Casting (MPC)

C Bezposrednie rapid ToolingPROCESY :

-stereolitografia (SL)

-DirectAIM -drukowanie 3D (3DP):

- SLS - Selective Laser Sintering

- DMLS - Direct Metal Laser Sintering

- SLM Selective Laser Melting (MTT)

- LENS

- Narzedzia laminowane - MELATO

- Narzedzia laminowane - Lastform

*Wysokowydajne narzedzia formujące Korzysci

• Protomoulding

1 INZYNIERIA ODWROTNA

Odkrywanie intencji projektanta- kształtu geometrycznego, materiałów,zasad działania itp. dla obiektów już istniejących

W przemyśle wytwórczym inżynieria odwrotna najczęściej dotyczy digitalizacji trójwymiarowych kształtów obiektów fizycznych.

2Kopiowanie vs skanowanie

-wykonanie kopii w dowolnym czasie,

-archiwizacja dokumentu,

-możliwość modyfikacji np. rozpoznanie tekstu(OCR) i jego edycja.

3Zastosowania:

-odtwarzanie zagubionej lub nieistniejącej dokumentacji technicznej na podstawie posiadanego egzemplarza produktu,

- Tworzenie modelu części do naprawy lub regeneracji dla technologii sterowanych komputerowo,

-analiza obliczeniowa ( w systemach CAE) produktów konkurencyjnych,

-tworzenie modelu komputer. Na podstawie obiektu wykonanego przez stylistę lub artystę plastyka,

-uaktualnianie dokumentacji technicznej po badaniach optymalizacyjnych fizycznego prototypu (np. w tunelu aerodynamicznym),

-kontrola jakości- badanie wyrobów (odlewów, wyprasek) w celu oceny dokładności ich wykonania,

-projektowanie produktu dopasowanego swoim kształtem do istniejących obiektów (np.. implantu),

-trójwymiarowa wizualizacja produktów,

-rekonstrukcje wypadków,

-dokumentacja 3D zabytków:

(np. 1.dok. Cyfrowa wiernie oddająca kształt obiektu,fakturę i kolor pow.2. śledzenie stanu zachowania zabytków3.wirtualne muzea i prezentacje w systemach stereoskopowych).

4Metody digitalizacji obiekt fizycznych :

a. Bezdotykowe (aktywne, pasywne)

b. Dotykowe (niszczące, nieniszczące)

5Metody dotykowe

*maszyny współrzędnościowe:

Głowica przełączająca, tryb pracy manualny i CNC, szeroko stosowane,wysoka dokładność, wolny pomiar, wymagana kompensacja

*ramiona pomiarowe:

- sztywna głowica pomiarowa;- pkt. Pomiarowewskazywane ręcznie przez operatora poprzez dotknięcie pow. Obiektu i naciśnięcie przycisku; -współrzędne pkt.obliczna na podstawie informacji z enkoderów w przegubach ramienia; - wymagana kompensacja;- możliwość zastosowania głowicy optycznej WADY : mniejsza dokładność niż CMM ( zależna od operatora); - wolny pomiar bez możliwości automatyzacji; ZALETY : - mobilność; - pneumatyczne i magnetyczne stopy montażowe, - wymienne końcówki pomiarowe; -wyniki najczęściej w postaci raportu pomiarowego, - łatwość obsługi, - niski koszt.

*skanery dotykowe:

- głowica skanująca, - trzpień pomiarowy jest w stałym kontakcie z powierzchnią obiektu, -zaleta: pomiar automatyczny, - wymagana kompensacja wyniku, - Zaleta: szybki pomiar (100-1000 pts/s), - możliwe zastosowanie oprogramowania CMM, duża dokładność, ale mniejsza od CMM. Wada : wysoka cena

6SKANOWANIE NISZCZĄCE:

Pomiary przez fotografowanie przekrojów obiektu odsłanianych przez usuwanie kolejnych warstw (CGI).

7METODY OPTYCZNE:

Metody punktowe:

-czas lotu ; -przesunięcie fazowe; - triangulacja laserowa;

m.liniowe:

-pomiar w 0.3 sekundy, 24-bitowy kolor; - możliwość skanowania do pamieci wewnętrznej.

m.obszarowe:

skaner światła białego GOM Atos II :

- system pomiarowy wykorzystujący oświetlenie strukturalne; - obszar pomiarowy od 30x24 mm do 2000x1600 mm ; -dokładność (+ -) 0.025 mm.

8DANE POMIAROWE : chmura punktów

- chmura może być kolorowa: - dane w ej postaci wystarczają do wizualizacji ( np. w architekturze) i do prostych pomiarów odległości.

9PROCES REKONSTRUKCJI:

*PLANOWANIE REKONSTRUKCJI

-zastosowanie uzyskanego modelu; - zakres rekonstrukcji, - wymagana dokładność rekontr. ,- wybór metody akwizycji danych, - przygotowanie obiektu, - strategia pomiarowa, - sposób zamocowania obiektu.

*AKWIZYCJA DANYCH;
* PRZETWARZANIE DANYCH.

* ZASTOSOWANIE UZYSKANEGO MODELU :

-inspekcja - porówanie z modelem CAD, - archiwizacja danych, - model do procesów Rapid Prototyping, - wytwarzanie noej części lub narzędzia, - analiza FEA/CFD, - budowa / aktualizacja modelu CAD, - wizualizacja w systemach VR

* ZAKRES REKONSTRUKCJI :

-cała powierzchnia/ fragment, - rodzaj obiektu : (kształt pryzmatyczny; pow swobodna ; punkty charakterystyczne); - dostęp : ( powierzchnia zewnętrzna / struktury wewnętrzne); - pełna rekonstrukcja/ aktualizacja modelu; - stan techniczny obiektu; - technologia wytworzenia obiektu.

* WYMAGANA DOKŁADNOŚĆ REKONSTRUKCJI:

- krok i podziałka skanowania, - tolerancja cięciwy, - wzrost liczby punktów= wydłużenie czasu skanowania.

* WYBUR METODY POMIAROWEJ :

- materiał obiektu, - wym gabarytowe i kształt, dokładność, - czas.

* PRZYGOTOWANIE OBIEKTU ( w zależności od metody digitalizacji)

- oczyszczanie obiektu, usunięcie zbędnych elem. , - wypełnienie otworów, - naprawa uszkodzeń, - przygotowanie powierzchni refleksyjnych do skanowania optycznego ( pokrycie pudrem ), - naniesienie markerów.

* STRATEGOA POMIEAROWA:

- pojedyncza orientacja obiektu, - podział zadania na etapy ze zmianą orientacji lub kierunku pomiarów, - ocena dostępu powierzchni, - wybór trzpienia pomiarowego, - dobór parametrów.

* ZAMOCOWANIE OBIEKTU:

- musi być stabilne, nie może ograniczać dostępu, - nie może odkształcać obiektu.

10EDYCJA SIATKI TRÓJKĄTÓW:

-naprawa defektów powierzchni (uzupełnianie dziur, wygładzanie), - zmniejszanie liczby trójkątów, -detekcja i wyostrzanie krawędzi.

11EFEKT REKONSTRUKCJI:

- model kształtu obiektu rzeczywistego :

-digitalizowany obiekt nie jest identyczny z pierwotną intencją konstruktora;

- jak każdy pomiar, także digitalizacja wynosi błędy.

- otrzymany model ( najczęściej powierzchniowy) jest nieobiektowy i nieparametryczny:

- geometria sztywna , trudna do modyfikacji w tradycyjnym systemie CAD; - kształt opisany jest swobodnymi powierzchniami NURBS, brak w nim prymitywów geometrycznych i powierzchni idealnie płaskich lub idealnie obrotowych.

12Modelowanie w sys CAD :

Modele parametryczne CAD posiadają historię wykonywanych operacji i mogą być swobodnie modyfikowane

13Rekonstrukcja modelu NURBS :

Są trudne do modyfikacji i nie przenoszą informacji innych niż geometryczne.

W zastosowaniach przemysłowych w których wynik rekonstrukcji poddawany jest dalszym modyfikacjom, pożądanym jest model parametryczny.

1 INZYNIERIA ODWROTNA

2Kopiowanie vs skanowanie

3Zastosowania

4Metody digitalizacji obiekt fizycznych

5Metody dotykowe

*maszyny współrzędnościowe

*ramiona pomiarowe

*skanery dotykowe

6SKANOWANIE NISZCZĄCE

7METODY OPTYCZNE

Metody punktowe

m.liniowe

m.obszarowe

8 DANE POMIAROWE : chmura punktów

9PROCES REKONSTRUKCJI

10EDYCJA SIATKI TRÓJKĄTÓW

11EFEKT REKONSTRUKCJI

12Modelowanie w sys CAD

13Rekonstrukcja modelu NURBS

---