1. Opisać na czym polegają metody Szybkiego Prototypowania (RP/RT), podstawowe metody

tworzenia prototypów.
•

RP jest to technika szybkiego wytwarzania fizycznych modeli produktów lub części składowych
oraz prototypów funkcjonalnych, technicznych, wizyalnych z pominięciem Tradycyjnych
technologii mechanicznych (odlewnicznych, ubytkowych i elektroerozyjnych). Niezbędnym
warunkiem pełnego wykorzystania możliwości RP jest ich integracja z całym procesem rozwoju
produktu. Metodę tę można skutecznie stosować we wczesnych fazach procesu, rozwoju, np. w
Fazi wstępnego rozwoju produktu po to aby odpowiednio wcześnie wytworzyć model 3D lub
pierwszy prototyp geometryczny.

•

Model CAD→Technika→wybór końcowy

•

Metoda ta umozliwia wykonanie modelu bezpośrednio z modelu CAD pomijając tradycyjne
metody obróbki. Techniki RP są szczególne przydatne w tych gałęziach przemysłu w których
istnieje potrzeba tworzenia modeli fizycznych.

▪

Podstawowe metody tworzenia prototypów:
•

warstwowy przyrost tworzywa konstrukcyjnego:

•

SLA (sterolitografia)

•

SLM

•

SLS

•

B-D Printing

•

LOM

•

FDM

•

warstwowy ubytek tworzywa konstrukcyjnego (techniki obróbki szybkościowej):

•

HSM (high speed machining)

•

HSC (high speed cutting)

•

RM (rapid manufacturing)

2. Rodzaje modeli prototypów- wymienić i scharakteryzować

•

Model koncepcyjny

▪

opisuje główne proporcje geometryczno-wymiarowe w sposób uproszczony
umożliwiający jasno i przekonywująco zaprezentować koncepcję rozwiązania
konstrukcyjnego szerszemu gronu projektantów lub decydentów.

▪

Bazuje na prostych elementach 3D

▪

powinien być tani i szybko dostępny

▪

niski stopień uszczegółowienia

•

Model ergonomiczny

▪

wyznacza warunki brzegowe rozwiązania z uwagi na bezpieczeństwo i komfort obsługi
produktu przez przyszłego użytkownika (szczególnie istotny np. w projektowaniu
samochodów).

▪

Zawiera najistotniejsze kryteria i najostrzejsze ograniczenia projektowe, które znacznie
wpływają na inne funkcje i chechy rozwiązania

▪

sredni stopień uszczegółowienia

•

Model geometryczny

▪

odzwierciedla w pełni geometryczne cechy modelu CAD-3D.

▪

Nazywany jest często prototypem wizualnym

▪

stosowany w pierwszej fazie projektowania i poszukiwania postaci konstrukcyjnej
(zwłaszcza estetycznej tzw. DIZAJN i STAJL ;-) ), najczęściej istotne zanaczenie w
odbiorze produktu

▪

wysoki stopień uszczegółowienia rozwiązania

•

Model konstrukcyjny

▪

jest syntezą trzech wymienionych modeli:koncepcyjnego, ergonomicznego i
geometrycznego (chociaż też może być uproszczony)

▪

umozliwia pełną ocenę orzwiązania konstrukcyjnego

▪

wstepną ocenę technologidzności i funkcjonalności rozwiązania przez osoby trzecie:
kliten, kooperator, dystrybutor, prasa itp.

▪

wysoki stopień uszczegółowienia

•

Model funkcjonalny

▪

ma cechy modelu konstrukcyjnego rozszerzone o mozliwości realizacji i oceny
podstawowych funkcji wyrobu

▪

jest końcową fazą projektowania wyrogu, w której dokonuje się całosciowej oceny
rozwiązania z możliwością wprowarzenia korekt i zmian podnoszących zalety produktu
lub eliminacji wady

▪

umozliwia ocenę technologiczna (odnośnie do stosowanych technologi obróbki i
montażu) oraz częściową ocenę cech funkcjonalnych

▪

wysoki stopień uszczegółowienia

•

Prototyp funkcjonalny

▪

umozliwia ocenę głównych funkcji rozwiązania w warunkach przyblizonych do
rzeczywistych z ograniczonymi przestrzeniami eksploatacyjnymi

▪

zazwyczaj nie jest jeszcze zbudowany z materiałów przewidzianych w produkcji seryjnej

•

Prototyp techniczny

▪

ma wszelkie cechy funkcjonalne a częściowo też estetyczne produktu seryjnego

▪

umożliwiające poddawanie go badaniom i ocenę w całym zakresie parametrów
eksploatacyjnych

▪

zbudowany z materiałów stosowanych w produkcji seryjnej

▪

umozliwia pełny dobór technologii

▪

służy badaniom i wyznaczniu parametrów eksploatacyjnych

▪

zazwyczaj wykonwany jako seria próbna

3. Główne fazy tworzenia modeli metodą STEREOLITOGRAFII

1. Budowa modelu w systemie CAD-3D
2. zaspisanie modelu w formacie *.stl (sterolitheography language)
3. zdefiniowanie okatformy (zadanie parametrów budowy modeli w urządzeniu SLA jes to mędzy

innymi: rozdzielczość rodzaj żywicy, minimalna wielkość podpór

4. umieszczenie modelu/modeli na platformie (np. określanie położenia w przestrzeni określenie

położenia w stosunku do ruchów zgarniania)

5. weryfikacja poprawności plików *.slt modelu/modeli, w przypadku występowania błedów

naprawa plików

6. projektowanie położenia i geometrii elementów wspierających model (nowy model 3D)
7. weryfikacja geometrii elementów wspierających
8. podział modelu 3D na warstwy zgodne z zadanymi parametrami tworzania modelu fizycznego
9. sprawdzanie poprawności plików *.bff
10. przesłanie pliku*.bff do urządzenie
11. budowa fizycznego modelu w procesie fotopolimeryzacji
12. użycie utworzonego modelu z resztek nieutwardzonej żywicy
13. zakończenie procesu fotopolimeryzacji w urządzeniu PCA
14. obróbka wykańczająca model (polerowanie, kulkowanie itp.)

4. Scharakteryzowac metodę oraz określić zakres jej stosowania ze względu dokładność i stosowane

materiały.
1. Stereolitografia

•

polega na utwardzeniu promieniami lasera kolejnych warstw żywicy. Po wykonaniu modelu
jest on dodatkowo wygrzewany w piecu w celu całkowitego utwardzenia

•

najstarsza, najbardziej rozpowrzechniona i najbardziej poznana metoda RP

•

technika zpewniająca wysoką precyzję przy dobrej jakości powierzchni, umożliwia
utworzenie skomplikowanej struktury wewnętrzej elementu

•

wymiary uzyskiwanych części są ograniczone

•

brak możliwości doboru materiału, z którego zostanie wykonany element (uzyskany w tym
procesie plastik ma zwykle niską wytrzymałość mechaniczną i może wymagać recznej
obróbki końcowej w celu uzyskania gładkich form)

•

model SLA stanowi bezposrednia bazę do przeprowadzania badań elastoplastycznych

•

zastosowanie:

▪

wykonywanie modeli do badań przepływowych (silniki, kolektory)

▪

badania i ocena marketingowa nowych produktów

▪

medycyna (implanty układu kostnego→zaplanowanie przebiegu operacji)

▪

architektura (modele wizualne i funkcjonalne)

▪

archeologia (rekonstrukcja przedmiotów, elementów szkieletu)

2. Mikrosterofrafia

•

integralny proces mikrostereolitograficzny pozwala tworzyć komponenty posiadające w
rzeczywistości skomplikowane geometrie w niewielkim czasie produkcji

•

grubość warstwy ograniczona jest rodzajem tworzywwa ~5mikronów bardzo precyzyjna

•

metoda ta pozwala na uzyskiwanie skomplikowanych kształtów 3D np. aparaty słuchowe

•

źródło światła→migawka→dynamiczny generator kształtu→lustro→element ogniskujący

3. SLM/SLS

•

metoda miejscowego spiekania laserowego

•

na platformie roboczej urzadzenia za pomocą specjalnego wałka rozprowadzana jest warstwa
proszku, która następnie miejscowo spiekana laserem o dużej mocy

•

materiały używane w tej metodzie:

▪

tworzywa sztuczne, wosk, proszki metalu (FE, CE i inne), mieszaniny proszków
metali i proszków ceramicznych

4. 3D-printing

•

prosta i tania metoda wykonywania modeli koncepcyjnych

•

polega na warstwowym pajaniu materiału w postaci proszku za pomoca spiwa nanoszonego
za pomoca głowicy drukującej

•

materiały uzywane w tej metodzie:

▪

gips, wosk, celuloza, dekstron, polimery

•

zastosowanie:

▪

architektura (makiety)

▪

geodezja (makiety GIS)

▪

edukacja (modele przestrzenne)

▪

medycyna (modele przestrzenne→konsultacja przed operacyjna)

▪

wzornictwo i reklama (badanie rynku odbioru)

▪

odlewnictwo (jednorazowe formy odlewnicze

5. LOM (Laminated Object Manufacturing)

•

obiekt sklejany z kolejnyh warstw foli które wycinane laserem sklejaja się ze sobą

•

materiały uzywane w tej metodzie:

▪

papier, tworzywa sztuczne, ceramika, metale

•

zastosowanie:

▪

wizualizacja i badanie (np. karoserie i elementy samochodów)

▪

modele fo formowania

6. FDM (Fused Deposition Modeling)

•

polega na warstwowym nakładaniu stopionego materiału (za pomocą dyszy topiącej)

•

materiały uzywane w tej metodzie:

▪

stop niskotopliwy, ABS, MABS, elastomery

•

zastosowanie:

▪

we wszystkich segmentach przemysłu np.
•

przemysł elektrotechniczny

•

motroryzacyjny

•

medyczny

•

chemiczny

7. PollyJet

▪

natryskiwanie kropli materiały akrylowego na powierzchnię, która utwadzamy UV

▪

zastosowanie:
•

wykonywanie modeli koncepcyjnych i konstrukcyjnych nawet prototypów

•

przemysł :
◦

samochodowy

◦

lotniczy

◦

AGD

◦

zabawkowy

◦

elektrotechniczny

◦

urzadzeń medycznych

5. Typowe obszary zastowowań RP/RT dla medycyny

•

modele skomplikowanych protez (planowanie operacji→skraca czas na sali operacyjnej)

•

pomoc wizualna (aktualny stan obszaru do operacji)

•

pomoc dydaktyczna

6. Elementy problemów tradycyjnych metod wytwarzania.
•

Konieczność konstrukcji przedmiotów na podstawie jego indywidualnych cech, wystarczy jego
model brłyłowy lub powierzchniowey

•

potrzeba przechodzenia od chech konstrukcyjnych do technologicznych, konstrukcja przedmiotu
zawiera wszystkie informacje geometryczne niezbędne do wytwarzania

•

konieczność okreslanai geometrii półfabrykatu

•

planowanie skomplikowanego procesu technologicznego, gdyż przedmiot jest wykonywany w jedej
operacji w jednym ustawieniu

7. Inżyniera odwrotna- cele i zastowoania

•

Cele:
◦

wzór opracowany przez plastyka-stylistę jako niekonwencjonalne rozwiązania ma być
następnie wdrożony do produkcji

◦

weryfikacja jakościowa wyrobu (porównanie pierwotnego modelu CAD z utworzonym na
podstawie danych z RE(inżynierii odwrotnej) wykonanego elementu)

•

zastosowania:
◦

medyczne:
▪

na podstawie wyników uzyskanych z tomografii komputerowej lub rezonansu
magnetycznego możliwe staje się tworzenie modeli CAD-3D

▪

do projektowania i doboru implantów (twardych kostnych jak i miękkich chirurgii
plastycznej) w zależności od indywidualnych cech fizycznych danej osoby

◦

ogólne
▪

wykonywanie wirtualnego modelu 3-D z istniejącego fizycznego modelu (pierwotnego)

8. Medoty digiitalizacji. Wymienić i opisać.
•

Pomiar maszynką pomiarową

•

pomiar systmem laserowym

•

pomiar za pomocą przekroju świetlnego

•

pomiar z oswietleniem prążkowanym
◦

Pomiar obiektu:
▪

wiekszkość skanerów 3D (laserowe i operujące światłem białym) pomiar opiera się na
analizie odgięcia prążków na powierzchni obiektu

▪

pomiar należy do kategorii powierzchniowych pomiarów bezdotykowych

1. obiekt umieszczamy w przestrzeni pomiarowej, na nim projektowane są sekwencje obrazów

prążkowych:
•

5 obrazów prążkowych sinusoidalnych

•

9 obrazów binarnych o zmieniajacej się częstotliwości

2. moduł detektora pobiera obrazy prążków zniekształconych na powierzchni obiektu, w

których zakodowana jest informacja o kształcie obiektu

3. w wyniku analizy pobranych obrazów prążkowych, wyznaczamy chmurę punktów

powierzchni obiektu (X,Y,Z) i tekstura (R,G,B) i tworzy zbiór (X,Y,Z,R,G,B)

4. dla uzyskania w pełni 3D obiektu łączymy chmury punktów porbane z kierunkami. Ilośc

kierunków zalezy od stopnai skomplikowania obiektu.

9. Metody łączenia „chmur punktów” i weryfikacji pomiarów przy określaniu powierzchni

•

metody:
◦

normalna lub metoda 6ptk polaga na wskazaniu 3 par odpowiadajacych sobie ptk na dwuch
łączonych chmurach → jest to pierwszy etap wstepnego …....... łączenia chmur

◦

użycie funkcji minimalizacji błedu RMS → zmniejsza nieprecyzyjność

◦

za pomocą pomiaru na zintegrowanym ze skanerem dokładnym stolikiem obrotowym →
umożliwia tworzenie „chmury przestrzennej”. Następnie łączymy te „chmury” aby
wyeliminować „białe plamy”

•

weryfikacja
◦

po otrzymaniu „chmury punktów” należy zamienić ją na powierzchnię. Najcześciej stosuje
się zmiany na powierzchnię opisaną przez „siatkę trójkątów” o ustalonych przez nas
parametrach. Na tym etapie istone jest właściwe przygotowanie „chmury” np. przez filtrację
adaptayjną

◦

na krzywych powinno być większe zagęszczenie ptk, natomiast na płaszczycnach powinno
się eliminować więksość ptk. Takie rozłożenie ptk w „chmurze” umożliwia tworzenie
dokładnych modeli przy jednoczesnej minimalizacji wielkości pliku.

10. Scharakteryzuj sposób zapsu danych w formacie *.stl

•

zapis za pomocą trójkątów
◦

wektor skierowany jest na zewnątrz

◦

numerowanie wierzchołków przeciwnie do ruchu wskazówek zegara patrząc na obiekt od
zewnątrz (reg. Śruby prawoskrętnej)

•

parametry konwersji pliku *stl
1. powierzchnia obiektu rzeczywistego
2. powierzchnia obiektu po konwersji
3. trójkąt (faseta stl)
4. toleracja cieciwy
5. kąt między płaszczyznami

•

struktura pliku binarnego
◦

pierwsze 80 bajtów użyte jest do pisu i zawieta takie informacje jak nazwa pliku, autor, data,
itp.

◦

w kolejnych 4 bajtach zawarta jest informacja dotycząca całkowitej ilośi faset

◦

w następnych liniach zawarte są współrzędne składowej normalnej, oraz wszystkich
wierzchołkach trójkota numerowane przeciwnie do wskazówek zegara

◦

ostatnie 2 bajty w każdej z faset są puste by informacja o kazdej fasecie zawierała się w 50
bajtach (12 dla wektora składowego, 36 dla 3 wierzchołków trójkąta, 2 wypełniających pustą
przestrzeń)

11. deformacje modeli wykonywanych metodami RP, zcharakteryzować możliwe przyczyny ich

powstania.

•

W procesach RP problemem jest jakość wytwarzanych przedmiotów.

•

Oprócz schodkowego wyglądu nachylonych powierzchni (warstwowe tworzenie powierzchni).

•

Wystepują problemy z kurczeniem materiału a takrze porowatość

•

Tworząc modele technikami RP trzeba uwzględnić zasady:
◦

w przypadku elementów, w których szczegóły są porównywalne z grubością nakładanych warstw
tworzywa należy spodziewać się ze ulegną deformacji

◦

stobień deformacji szczegółów jest trudny do przewidzenia bo w dużym stobniu zależy od
położenia siatki trójkątów tworząc strukruę powierzchni w formacie *.stl w sotsunku do warstw
budowanego modelu

◦

odpowiednie ustawienie przedmiotu podczas jego wytwarzania może wpływać na dokładność
wykonania szczegółów modelu

12. Zdefiniowac pojęcie chropowatości i falistości

•

Chropowatość
◦

nierównosć powierzchni powstająca w procesie wytwarzania, która nie jest falistości lub
wadą kształtu

•

Falistość
◦

bląd wykonawczy najczęściej spowodowany wibracjami w maszynach wytwórczych w czasie
obróbki elementu. Falistość jest okresową nierównościa która można opisać falą przy czym
strzałka fali jest mniejsza co najmniej 40 razy od długości fali.