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