Sprawozdanie
Metody szybkiego prototypowania
Bartłomiej Penk
Mechatronika gr III sem V
Grupa projektowa P3
Cel stosowania metod szybkiego prototypowania
prototypy przedprodukcyjne konstrukcji tworzone są w celu wyeliminowania ich wad przed rozpoczęciem produkcji masowej, ma to na celu zmniejszenie kosztów, które mogłyby się ujawnić gdy trzeba by modyfikować gotowy produkt, a co za tym idzie całą linię produkcyjną itd.
prototypy są tworzone bardzo szybko i tanio, dzięki czemu projektant może przedstawić swoje wizje danej konstrukcji w kilku wersjach, co za tym idzie klient wybierze najbardziej mu odpowiadającą (wzornictwo przemysłowe)
tworzenie prototypów ułatwia „widzenie” płaskiej konstrukcji w 3D osobą które nie mają dobrze rozwiniętej wyobraźni przestrzennej
prototypowanie pozwala na tanią optymalizację konstrukcji, która jest testowana i projektowana
metoda ta znajduje także zastosowanie w sztuce gdy twórca chce przeistoczyć swoje cyfrowe dzieło w projekt trójwymiarowy
dzięki tej metodzie jesteśmy w stanie szybko sprawdzić właściwości naszego produktu nawet w bardzo wczesnej fazie projektowanie, zapobiega to wielu błędom konstrukcyjnym i pozwala zoptymalizować produkt
jesteśmy w stanie sprawdzić czy wszystkie części projektowanego układu do siebie pasują i czy będziemy w stanie je wytworzyć „normalnymi metodami” produkcyjnymi (technologiczność konstrukcji) oraz czy zdołamy je później zmontować w współgrającą całość (technologiczność montażu)
metody tego typu pozwalają również stwarzać repliki jakiegoś elementu bądź rekonstruować jego części (zastosowanie np. w archeologii)
Technologiczność konstrukcji - zespół cech konstrukcyjnych określonego przedmiotu umożliwiających łatwe wykonanie go w danych warunkach produkcyjnych. Jest to szczególnie ważna cecha przy posługiwaniu się metodami szybkiego prototypowania ponieważ:
w tych metodach jesteśmy w stanie wytworzyć element który będzie miał dowolny kształt, co niesie za sobą te konsekwencje, że nieprzemyślane prototypowanie może nas doprowadzić do takiego kształtu przedmiotu którego nie będziemy w stanie wytworzyć w normalnych warunkach produkcyjnych. Wynika to z tego że w metodach prototypowania przedmiot tworzony jest warstwa po warstwie zatem jego kształt może być w dużej mierze dowolny
Technologiczność montażu- zespół cech konstrukcyjnych określonego przedmiotu umożliwiających łatwe połączenie jego części w jedną funkcjonalną całość oraz serwis zespołu. W szybkim prototypowaniu jest to szczególnie ważna cecha konstrukcji wieloczęściowych ponieważ:
jesteśmy w stanie stworzyć konstrukcje której elementy są połączone (współdziałają) lecz nie będziemy w stanie ich połączyć z części wyprodukowanych metodami produkcyjnymi. Wynika to stąd, że dzięki szybkiemu prototypowaniu tworzymy przedmiot warstwa po warstwie, co powoduje że wszystkie jego części są już na swoich miejscach, są dopasowane i nie musimy ich montować, natomiast w zwykłych warunkach poszczególne części produkujemy osobno i ich złożenie może okazać się niemożliwe.
Metoda stereolitografia
Stereolitografia jest jedną z metod szybkiego prototypowania (ang. rapid prototyping). Jest to technologia wytwarzania trójwymiarowych modeli (prototypów) na podstawie geometrii wygenerowanej za pomocą systemu CAD 3D. Polega na stopniowym obrysowywaniu kolejnych przekrojów poziomych produkowanej części za pomocą lasera na sukcesywnie zanurzanej platformie w wannie z fotopolimerem. Pod wpływem światła laserowego, dochodzi do polimeryzacji i zestalenia substancji blisko powierzchni roztworu. Po obrysowaniu warstwy, platforma jest obniżana dokładnie o grubość wytworzonej warstwy, a cały proces powtarza się aż do uzyskania całego produkowanego elementu.
Inne metody
SLS - technologia selektywnego spiekania laserowego. Selektywne spiekanie laserowe jest metodą przyrostową wytwarzania modeli prototypów i narzędzi polegającą na scalaniu warstw proszku przy użyciu wiązki światła laserowego. Takie budowanie modelu nie wymaga generowania dodatkowych elementów podtrzymujących. Elementem podpierającym wystające części modelu, pochylenia lub powierzchnie zamykające jest tu materiał, z którego buduje się model, a który nie został poddany procesowi spiekania. Całym procesem steruje program zainstalowany na specjalistycznym stanowisku komputerowym. Proces ten przeprowadza się przy użyciu promieniowania laserowego z zakresu podczerwieni, którego źródłem jest laser CO2 (10.6 µm) lub Nd:YAG (1.06 µm). Rozpoczęcie procesu polega na rozprowadzeniu cienkiej warstwy proszku na stole o regulowanym względem osi Z położeniu. Warstwa ta spełnia rolę podłoża dla powstającego przedmiotu. Wiązka laserowa prowadzona jest po powierzchni proszku zgodnie z wprowadzonymi wcześniej i odpowiednio skonfigurowanymi informacjami dotyczącymi kolejnych warstw poprzecznego przekroju przestrzennego obrazu przedmiotu. Dobór odpowiednich parametrów wiązki laserowej pozwala na stopienie lub spieczenie w ściśle określonych obszarach cząsteczek proszku. Następnie stół z proszkiem obniża się o zadaną wysokość i rozprowadzana jest kolejna cienka warstwa proszku i następuje ponowne spajanie ziaren. Kolejne warstwy przekroju poprzecznego spiekają się ze sobą. Proces powtarzany jest aż do momentu uzyskania spójnego obiektu. Po zakończeniu procesu spiekania i obniżeniu temperatury przedmiotu i materiału, oczyszczamy gotowy do użytku model.
FDM jest techniką Rapid Prototyping polegającą na wytłocznym osadzaniu uplastycznionego materiału modelowego oraz podporowego za pomocą dwudyszowej głowicy. Materiał jest osadzany na platformie roboczej, obniżającej się stopniowo wraz z nakładaniem kolejnych warstw uplastycznionego materiału (w postaci nitek) tworzących model, zgodnie z ułożeniem kolejnych warstw elektronicznego modelu formatu STL. Dysza nakładając uplastyczniony materiał porusza się nad platformą w płaszczyźnie XY, platforma wykonuje ruch przestawczy wzdłuż osi Z.Modele wykonywane są z tworzyw termoplastycznych, najczęściej stosowanymi materiałami podczas wytwarzania modeli są PC (poliwęglan), ABS (akrylonitrylo - butadien - styren) oraz ich modyfikację np. ABSi (metakrylan metylu ABS) i mieszaniny. Materiał może być dostępny w kilku barwach: białej, czarnej, czerwonej, niebieskiej, zielonej, żółtej i szarej.Urządzenia FDM należą do grupy najdokładniejszych maszyn RP dostępnych na rynku. Za ich pomocą możliwe jest wykonywanie modeli, których ścianki mają grubość zaledwie 0,6 mm, minimalne średnice wykonywanych walców wynoszą ok. 0,75 mm. Własności wytrzymałościowe otrzymanych modeli porównywane są z elementami otrzymywanymi metodą wtrysku. Powstałe modele łatwo można poddawać obróbce polegającej na szlifowaniu, wierceniu czy też malowaniu.
Drukowanie przestrzenne (ang. 3D printing)- Cechą charakterystyczną tej technologii, jak i wszystkich technologii RP, jest to, że wyrób jest budowany poprzez dodawanie materiału warstwa po warstwie (tzw. metoda addytywna).
Budowa wyrobu, polegająca na rozprowadzeniu warstwy proszku na platformie maszyny i spojeniu cząstek odpowiednim spoiwem w miejscu odpowiadającym kształtowi danego przekroju poprzecznego ( dany „plasterek”). Grubości łączonych warstw wahają się w granicach 0,01 - 0,2 mm. Do drukowania przestrzennego w zasadzie można zastosować każdy materiał, który uda się sproszkować. W praktyce jednak trudność stanowi spojenie proszku. Najczęściej stosowanym materiałem jest gips, ze względu na łatwość spojenia, niski koszt i dostępność. Zastosowanym spoiwem jest woda