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 CADTechnikawybór 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.
ª% 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
ª% opisuje główne proporcje geometryczno-wymiarowe w sposób uproszczony
umożliwiający jasno i przekonywująco zaprezentować koncepcję rozwiązania
konstrukcyjnego szerszemu gronu projektantów lub decydentów.
ª% Bazuje na prostych elementach 3D
ª% powinien być tani i szybko dostÄ™pny
ª% niski stopieÅ„ uszczegółowienia
" Model ergonomiczny
ª% wyznacza warunki brzegowe rozwiÄ…zania z uwagi na bezpieczeÅ„stwo i komfort obsÅ‚ugi
produktu przez przyszłego użytkownika (szczególnie istotny np. w projektowaniu
samochodów).
ª% Zawiera najistotniejsze kryteria i najostrzejsze ograniczenia projektowe, które znacznie
wpływają na inne funkcje i chechy rozwiązania
ª% sredni stopieÅ„ uszczegółowienia
" Model geometryczny
ª% odzwierciedla w peÅ‚ni geometryczne cechy modelu CAD-3D.
ª% Nazywany jest czÄ™sto prototypem wizualnym
ª% stosowany w pierwszej fazie projektowania i poszukiwania postaci konstrukcyjnej
(zwłaszcza estetycznej tzw. DIZAJN i STAJL ;-) ), najczęściej istotne zanaczenie w
odbiorze produktu
ª% wysoki stopieÅ„ uszczegółowienia rozwiÄ…zania
" Model konstrukcyjny
ª% jest syntezÄ… trzech wymienionych modeli:koncepcyjnego, ergonomicznego i
geometrycznego (chociaż też może być uproszczony)
ª% umozliwia peÅ‚nÄ… ocenÄ™ orzwiÄ…zania konstrukcyjnego
ª% wstepnÄ… ocenÄ™ technologidznoÅ›ci i funkcjonalnoÅ›ci rozwiÄ…zania przez osoby trzecie:
kliten, kooperator, dystrybutor, prasa itp.
ª% wysoki stopieÅ„ uszczegółowienia
" Model funkcjonalny
ª% ma cechy modelu konstrukcyjnego rozszerzone o mozliwoÅ›ci realizacji i oceny
podstawowych funkcji wyrobu
ª% jest koÅ„cowÄ… fazÄ… projektowania wyrogu, w której dokonuje siÄ™ caÅ‚osciowej oceny
rozwiązania z możliwością wprowarzenia korekt i zmian podnoszących zalety produktu
lub eliminacji wady
ª% umozliwia ocenÄ™ technologiczna (odnoÅ›nie do stosowanych technologi obróbki i
montażu) oraz częściową ocenę cech funkcjonalnych
ª% wysoki stopieÅ„ uszczegółowienia
" Prototyp funkcjonalny
ª% umozliwia ocenÄ™ głównych funkcji rozwiÄ…zania w warunkach przyblizonych do
rzeczywistych z ograniczonymi przestrzeniami eksploatacyjnymi
ª% zazwyczaj nie jest jeszcze zbudowany z materiałów przewidzianych w produkcji seryjnej
" Prototyp techniczny
ª% ma wszelkie cechy funkcjonalne a częściowo też estetyczne produktu seryjnego
ª% umożliwiajÄ…ce poddawanie go badaniom i ocenÄ™ w caÅ‚ym zakresie parametrów
eksploatacyjnych
ª% zbudowany z materiałów stosowanych w produkcji seryjnej
ª% umozliwia peÅ‚ny dobór technologii
ª% sÅ‚uży badaniom i wyznaczniu parametrów eksploatacyjnych
ª% 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:
ª% wykonywanie modeli do badaÅ„ przepÅ‚ywowych (silniki, kolektory)
ª% badania i ocena marketingowa nowych produktów
ª% medycyna (implanty ukÅ‚adu kostnegozaplanowanie przebiegu operacji)
ª% architektura (modele wizualne i funkcjonalne)
ª% 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
" z
ródło światłamigawkadynamiczny generator kształtulustroelement 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:
ª% 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:
ª% gips, wosk, celuloza, dekstron, polimery
" zastosowanie:
ª% architektura (makiety)
ª% geodezja (makiety GIS)
ª% edukacja (modele przestrzenne)
ª% medycyna (modele przestrzennekonsultacja przed operacyjna)
ª% wzornictwo i reklama (badanie rynku odbioru)
ª% 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:
ª% papier, tworzywa sztuczne, ceramika, metale
" zastosowanie:
ª% wizualizacja i badanie (np. karoserie i elementy samochodów)
ª% modele fo formowania
6. FDM (Fused Deposition Modeling)
" polega na warstwowym nakładaniu stopionego materiału (za pomocą dyszy topiącej)
" materiały uzywane w tej metodzie:
ª% stop niskotopliwy, ABS, MABS, elastomery
" zastosowanie:
ª% we wszystkich segmentach przemysÅ‚u np.
" przemysł elektrotechniczny
" motroryzacyjny
" medyczny
" chemiczny
7. PollyJet
ª% natryskiwanie kropli materiaÅ‚y akrylowego na powierzchniÄ™, która utwadzamy UV
ª% zastosowanie:
" wykonywanie modeli koncepcyjnych i konstrukcyjnych nawet prototypów
" przemysł :
ć% samochodowy
ć% lotniczy
ć% AGD
ć% zabawkowy
ć% elektrotechniczny
ć% urzadzeń medycznych
5. Typowe obszary zastowowań RP/RT dla medycyny
" modele skomplikowanych protez (planowanie operacjiskraca 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:
ć% wzór opracowany przez plastyka-stylistę jako niekonwencjonalne rozwiązania ma być
następnie wdrożony do produkcji
ć% weryfikacja jakościowa wyrobu (porównanie pierwotnego modelu CAD z utworzonym na
podstawie danych z RE(inżynierii odwrotnej) wykonanego elementu)
" zastosowania:
ć% medyczne:
ª% na podstawie wyników uzyskanych z tomografii komputerowej lub rezonansu
magnetycznego możliwe staje się tworzenie modeli CAD-3D
ª% do projektowania i doboru implantów (twardych kostnych jak i miÄ™kkich chirurgii
plastycznej) w zależności od indywidualnych cech fizycznych danej osoby
ć% ogólne
ª% wykonywanie wirtualnego modelu 3-D z istniejÄ…cego fizycznego modelu (pierwotnego)
8. Medoty digiitalizacji. Wymienić i opisać.
" Pomiar maszynkÄ… pomiarowÄ…
" pomiar systmem laserowym
" pomiar za pomocą przekroju świetlnego
" pomiar z oswietleniem prążkowanym
ć% Pomiar obiektu:
ª% wiekszkość skanerów 3D (laserowe i operujÄ…ce Å›wiatÅ‚em biaÅ‚ym) pomiar opiera siÄ™ na
analizie odgięcia prążków na powierzchni obiektu
ª% 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:
ć% normalna lub metoda 6ptk polaga na wskazaniu 3 par odpowiadajacych sobie ptk na dwuch
Å‚Ä…czonych chmurach jest to pierwszy etap wstepnego & ....... Å‚Ä…czenia chmur
ć% użycie funkcji minimalizacji błedu RMS zmniejsza nieprecyzyjność
ć% za pomocą pomiaru na zintegrowanym ze skanerem dokładnym stolikiem obrotowym
umożliwia tworzenie  chmury przestrzennej . Następnie łączymy te  chmury aby
wyeliminować  białe plamy
" weryfikacja
ć% 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
adaptayjnÄ…
ć% 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
ć% wektor skierowany jest na zewnątrz
ć% 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
ć% pierwsze 80 bajtów użyte jest do pisu i zawieta takie informacje jak nazwa pliku, autor, data,
itp.
ć% w kolejnych 4 bajtach zawarta jest informacja dotycząca całkowitej ilośi faset
ć% w następnych liniach zawarte są współrzędne składowej normalnej, oraz wszystkich
wierzchołkach trójkota numerowane przeciwnie do wskazówek zegara
ć% 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:
ć% w przypadku elementów, w których szczegóły są porównywalne z grubością nakładanych warstw
tworzywa należy spodziewać się ze ulegną deformacji
ć% 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
ć% odpowiednie ustawienie przedmiotu podczas jego wytwarzania może wpływać na dokładność
wykonania szczegółów modelu
12. Zdefiniowac pojęcie chropowatości i falistości
" Chropowatość
ć% nierównosć powierzchni powstająca w procesie wytwarzania, która nie jest falistości lub
wadą kształtu
" Falistość
ć% 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.