Адитивни технологии в пилотни леярни. Технологии за леене на метали и пластмаси чрез синтезни модели и синтезни форми

(Научен ръководител на Центъра за адитивни технологии на Федералното държавно унитарно предприятие "НАМИ", доктор на техническите науки

Михаил Зленко; Павел Забеднов, директор на FSUE Vneshtechnika)

ВЪВЕДЕНИЕ При разработване и създаване на нови индустриални продукти, специални

От значение е скоростта на преминаване през етапите на научноизследователска и развойна дейност, която от своя страна значително зависи от технологичните възможности на пилотното производство. AT

Това се отнася по-специално за производството на леярски части, които често са най-трудоемката и скъпа част. общ проект. Докато създавате Нови продукти, особено на етапа на научноизследователска и развойна дейност в пилотното производство, което се характеризира с

проучване на варианти, необходимостта от чести промени в дизайна и в резултат на това постоянна корекция на технологичното оборудване за производство

прототипи, проблемът с бързото производство на леярски части става ключов. В пилотното производство преобладават традиционните методи за ръчно изработване на оборудване за леене (предимно дървени модели).

или използване на машинно оборудване, по-рядко CNC. Това се дължи на факта, че на етапа на научноизследователска и развойна дейност, в условия на несигурност на резултата, когато дизайнът на продукта все още не е разработен, не е одобрен за производство на проби

не е препоръчително да се създава "нормално" технологично оборудване за серийни

производство. При тези условия един много скъп продукт - оборудване за леене, се оказва всъщност еднократен, който не се използва в по-нататъшната работа върху продукта поради естествени и значителни променидизайн на продукта по време на R&D. Следователно всяка итерация, всяко приближение на конструкцията

детайлите до окончателния вариант често изискват ново технологично оборудване,

тъй като промяната на стария се оказва прекалено трудоемка или изобщо невъзможна. И в това отношение традиционните методи са не само скъпи от гледна точка на материални загуби, но и изключително времеемки.

Преходът към цифрово описание на продуктите - CAD, и се появи след CAD

(благодарение на CAD!) адитивните технологии направиха истинска революция в леярския бизнес, което е особено ясно изразено във високотехнологичните индустрии - авиация и космонавтика, ядрена индустрия, медицина и апаратура, в индустрии, където е типично малко серийно производство, често

бройка (на месец, година) производство. Именно тук е отклонението от традиционните технологии,

използването на нови методи за получаване на форми за синтез на отливки и модели за синтез, дължащи се на технологиите за синтез на слой по слой, направи възможно радикално намаляване на времето

за създаване на нови продукти. Например типично за автомобилостроенето

детайл на конструкцията на двигателя - цилиндров блок. За да направите първия

прототип чрез традиционни методи

отнема поне 6 месеца, а основните времеви разходи

сметка за създаването

Бързо отлят модел и отливка на цилиндровия блок (чугун) модел оборудване за леене "в земята".

Използването на Quick-Cast технология за тази цел (отглеждане на модел на отливка

от фотополимер на SLA-машина с последващо отливане според изгорял модел)

намалява времето за получаване на първата отливка от шест месеца на две седмици!

Същият детайл може да се получи по-малко точен, но доста подходящ за данните.

технологични цели - леене в отглеждани пясъчни форми. Според тази технология изобщо не е необходимо да се прави модел на отливка:

отглежда се "негативът" на детайла - формата. Форма за отливане на такава голяма част като цилиндров блок,

се отглежда на фрагменти, след това се събира в колба и металът се излива. Целият процес отнема няколко дни. значителна част

"обикновени" леярски продукти, които нямат специални изисквания за точност на леене или

Фрагменти от пясъчен калъпвътрешна структура, може да се получи във формата Завършени продуктидо няколко дни: директна воскова маска (1 ден); формоване + сушене на калъп (1 ден); калциниране

форми и същинска отливка (1 ден); общо: 3-4 дни, като се вземе предвид подготвително-последното време. Почти цялото автомобилостроене и самолетостроене

компаниите в индустриализираните страни имат в своя арсенал от пилотно производство десетки AF машини, които обслужват научноизследователски и развойни задачи. Освен това тези машини започват да се използват като "нормални" технологично оборудванев

единна технологична верига и за масово производство.

1. Адитивни технологии и бързо прототипиране

Адитивно производство (AF) или Адитивно производство (AM) - приети в

Термини от английския технически лексикон, обозначаващи добавка, т.е. „добавяне“, метод за получаване на продукт (за разлика от традиционните методи за обработка чрез „изваждане“ на материал от масив от детайли). Те се използват заедно с фразата Rapid Prototyping (или RP -

технологии) - Бързо прототипиране, но имат по-общо значение, по-точно

отразяващ текущата позиция. Можем да кажем, че Rapid Prototyping в съвременния смисъл на думата е част от AF технологиите, "отговорни" за реалното прототипиране чрез методи за синтез слой по слой. AF - или AM - технологиите покриват всички области на синтез на продукти, било то прототип,

прототип или сериен продукт.

Същността на AF-технологиите, както и на RP-технологиите, се състои в послойно конструиране, послойно синтезиране на продукти - модели, форми, мастър модели и др. чрез фиксиране на слоеве моделен материал и свързването им. в сериали различни начини: синтероване, сливане, залепване, полимеризация - в зависимост от нюансите на конкретна технология. Идеологията на адитивните технологии се основава на цифрови технологии, които се основават на

се крие цифрово описание на продукта, неговия компютърен модел или т.нар. CAD модел. При използване на AF-технологии всички етапи на изпълнение на проекта от идеята до

материализацията (под каквато и да е форма - в междинен или под формата на готови продукти) са в "приятелска" технологична среда, в единна технологична верига, където всеки технологична операцияизпълнява се и в цифров вид

CAD\CAM\CAE система. На практика това означава реален преход към „безхартиени“ технологии, когато по принцип не е необходима традиционна хартиена чертежна документация за производството на част.

В момента на пазара има различни AF системи, които произвеждат

модели по различни технологии и от различни материали. Общото между тях обаче е принципът слой по слой за изграждане на модел. AF-технологиите играят специална роля в модернизацията на леярското производство, те направиха възможно решаването на неразрешими преди това проблеми, „отглеждането“ на невъзможни леярски модели и форми

направени по традиционни начини. Сроковете за производство на моделно оборудване са радикално намалени. Разработване на технологии за вакуумно формоване и вакуумно формоване

леенето по форми и модели, получени чрез адитивни технологии, позволи да се намали времето за производство на пилотни, прототипи и в някои случаи серийни продукти няколко пъти и десетки пъти. Последни постижения в областта

праховата металургия направи възможно значително разширяване на възможностите на адитивните технологии за директно "отглеждане" на функционални

части от метали и получаване на нови конструктивни материали с уникални свойства(технология "spray forming" и др.).

AF-технологиите с основание се наричат ​​технологии на 21 век. С изключение

очевидни предимства по отношение на скоростта и, често, в разходите за производство на продукти, тези технологии имат важно предимство по отношение на сигурността околен святи по-специално емисиите на парникови газове и "топлинното" замърсяване. Добавка

технологиите имат голям потенциал за намаляване на енергийните разходи за създаването на голямо разнообразие от продукти.

"Под напрежение" глобално развитиена триизмерните CAD/CAM/CAE технологии, модерното леярство, и на първо място пилотното производство, претърпява значителна модернизация, която има за цел да създаде условия за пълно прилагане на принципа на „безхартиените“ технологии през целия процес на създаване на нов продукт - от проектирането и разработването на CAD модел, преди

краен продукт, който да бъде неразделна част от цикъла на проектиране и производство на прототипи, прототипи и малки серии продукти с различно предназначение с широк набор от използвани материали. И за целта "колелата"

оборудвани с изцяло нова техника за тях, давайки им нов

възможности за задоволяване на "капризите" на дизайнерите, но в същото време изискващи от тях да овладяват нови знания, принуждавайки и технолози, и дизайнери да говорят на един и същ 3D език, като същевременно, ако не елиминира, то значително отслабва вечната конфронтация между технолога и дизайнерът.

Модерните центрове за адитивни технологии често в пълното им име

Руската индустрия, често в рамките на едно и също предприятие

производството на огромна гама продукти от различни материали е концентрирано, където много предприятия по различни причини са принудени да поддържат

неговият " натурално стопанство”, този подход е доста рационален.

Пилотна леярна за производство както на метал, така и на пластмаса

продуктите имат много общи неща, а с използването на AF технологии те стават още повече

подобни както по отношение на използваното оборудване, така и по отношение на технологичните методи и по отношение на

обучение и обучение на професионални кадри.

2. Адитивни технологии и леярско производство

Както вече беше отбелязано, AF технологиите са от особено значение за ускореното производство на леярски части. AF-машините се използват за получаване на:

- леярски модели;

мастер модели;

- леярски форми и леярско оборудване.

* в една статия е невъзможно да се опишат всички технологии и всички машини за послоен синтез. Тук ще се ограничим само до онези технологии, които представляват най-голям интерес във връзка с проблемите на машиностроенето, като пропускаме от разглеждане доста значителен брой машини, "заточени" за решаване на специални проблеми на общата медицина, биология и стоматология, електроника или бижутерска индустрия .

2.1. Производство на модели за леярски синтез може да се получи (отгледа) от:

- прахообразен полистирол (за последващо леене върху изгорени модели);

- фотополимерни състави, по-специално според технологията Quick-cast за последващо отливане на прегорели модели или MJ технология (Multi Jet ) за

леене по модели;

2.1.1 Модели за синтез от прахообразен полистирен

Полистиролът е широко използван като моделен материал за традиционно изгаряне. Въпреки това, поради бързото развитие

технологията за синтез на слой по слой придоби особена популярност в областта на прототипирането, както и за промишленото производство на парчета и

дребномащабно производство. Моделите от полистирен се изработват на AF-машини по SLS технология - Selective Laser Sintering - послойно синтероване на прахообразни материали. Тази технология често се използва, когато е необходимо.

бързо направете една или повече отливки със сложна форма сравнително големи

	размери			умерено
	изисквания			по точност.
	Същността на технологията е
	следващия.			модел
	материал			полистирен
	прах с размер на частиците 50-
				преобръща се
	специален
SLS - SinterStation Pro модел машина и турбинно колело				платформа,
	установени			в запечатано

камера с атмосфера на инертен газ (азот). Лазерният лъч "се движи" там, където компютърът "вижда" в даден участък от "тялото" на CAD модела, сякаш засенчва

разрез на частта, както дизайнерът прави с молив в чертежа. Ето го лазера

лъчът е източник на топлина, под въздействието на който се извършва синтероването на полистиролови частици ( работна температураоколо 120°C). След това платформата се спуска с 0,1-0,2 mm и нова порция прах се валцува върху втвърдения, образува се нов слой, който също се синтерова с предишния.

Процесът се повтаря до пълното изграждане на модела, което в края на процеса

се оказва, че е затворен в масив от неспечен прах. Моделът е извлечен от

				изчистен от
			предимство
				технология
		е		отсъствие
		опори - те не са необходими,
		защото моделът и всички негови
		слоеве в процес на изграждане през
		сграда		Държани
		масив
	Модел от полистирол и отливка на цилиндрова глава на двигател с вътрешно горене	На разположение
		3D системи машини

и EOS ви позволяват да изграждате доста големи модели - до 550x550x750 мм (това е важно, позволява ви да изграждате големи модели като цяло, без да е необходимо

залепване на отделни фрагменти, което повишава точността и надеждността на отливката,

особено вакуумно леене). Много висока детайлност на изграждането на модела: могат да се изграждат повърхностни елементи (номера на части, условни надписи

и и др.) с дебелина на фрагмента до 0,6 мм, гарантирана дебелина на стената на модела до

По принцип технологиите за леене на модели от восък и полистирол не се различават. Използват се същите формовъчни материали, същата леярна и

спомагателно оборудване. Е, че моделът от восък - "претопен", а моделът от полистирол - "изгорял". Разликите са само в нюансите на формоване и топлинна обработка на колби. Тези нюанси обаче имат значение. Работи с

моделите от полистирол изискват внимание при изгаряне: отделят се много газове (запалими), които изискват неутрализация, материалът

частично изгаря в самата форма, има опасност от образуване на пепел и запушване на формата, необходимо е да се предвиди възможност за оттичане на материал от застояли зони, безусловно изискване е използването на калциниращи пещи с

програмисти, а програмата за изгаряне на полистирен е значително по-различна от програмата за топене на восък. Но като цяло, с определено умение и опит, леенето върху модели на изгаряне от полистирол дава много добър резултат.

Модел от полистирол (след култивиране и инфилтрация) и отливка, чугун

Недостатъците на технологията включват следното. Процесът на синтероване на прах е термичен процес с всичките му присъщи недостатъци: неравномерно разпределение на топлината върху работната камера, върху масата на материала, деформация

поради температурни промени. Второ. Полистиролът на прах не е такъв

сплави, като полиамид или метални прахове, които ще бъдат обсъдени

долу, а именно е синтерован - структурата на модела е пореста, подобна на структурата

пяна. Това се прави специално, за да се улесни по-нататъшното отстраняване на материала на модела от формата с минимални вътрешни напрежения при нагряване. Конструираният модел, за разлика от, например, восък, изисква много внимателно боравене както по време на почистване, така и по време на по-нататъшна работа по подготовката за формоване. За здравина и лесна употреба

(фуги с люлееща система,

формоване) моделът е импрегниран

специален състав върху восък

основа - процесът се нарича инфилтрация. Моделът се поставя в специална пещ и на температура

около 80 ° C, импрегниран с посочения състав (снимката показва инфилтрирани модели на червено

цветовете се извличат от машината

Модели и отливки от полистирол, алуминий полистиренови модели за сняг

бяло). Това също носи риск от деформиране на модела и изисква

определени умения на персонала. Наистина наскоро имаше

прахове за модели от полистирол, които не изискват инфилтрация. Това облекчава, но не премахва напълно проблема. В допълнение, инфилтрацията под формата на восък не винаги е вредна необходимост. Той се топи в колбата, когато първо изгори, преди полистирола и когато последният придобие течливост,

допринася за отстраняването му от формата, като по този начин намалява масата на "изгорялата" част от полистирола и намалява вероятността от образуване на пепел.

По този начин, когато говорим за „умерени изисквания за точност“ при използване на SLS технология, имаме предвид отбелязаните обективни причини, поради които точността на продуктите, получени чрез SLS технологията, не може да бъде по-висока от

при използване на други технологии, които не са свързани с температурни деформации. Такава например е технологията на фотополимеризацията.

Говорейки за технологията SLS, отбелязваме още нещо, което не е свързано с полистирола, но

"свързани"		посока, която понякога се използва в леярството. то
			култивиране на оборудване за леярско формоване
			от прахообразен полиамид. полиамид широк
			използвани				функционален
			създаване на прототипи,			полиамид
			достатъчно силен и в много случаи
			позволява		възпроизвеждам				прототип
			възможно най-близо до "бойния" продукт. AT
					оказа се			икономически
			целесъобразно		Приложи			полиамид
			модели като алтернатива на дървените.
			Моделът се отглежда по същия начин като
			полистирен. В същото време, ако е възможно
	SLS-модел	разпределителен		нейната куха с		минимум			възможен
	вал и формовъчна кутия за		дебелина на стената (за да се сведе до минимум
	получаване		горепосочените температурни деформации!).
						даване		сила и

твърдостта се запълва отвътре с епоксидна смола. След това те се фиксират в конвенционална формовъчна кутия, боядисват се и след това - според традиционната технология на формоване.

Пример за такъв "бърз" инструмент за формоване

ICE разпределителният вал е показан на фигурата. Поради голямата дължина, моделът се отглежда на две части, като частите се залепват, заливат се с епоксидна смола и се фиксират в кутия за калъп; продължителност на операциите 2 дни.

2.1.2 Модели за синтез от фотополимери

Същността на технологията е използването на специални светлочувствителни смоли, които се втвърдяват селективно и послойно в точки или места, където се подава светлинен лъч по зададена програма. Методите за осветяване на слоя са различни (лазер, ултравиолетова лампа, видима светлина). Има две основни технологии за създаване на модели от фотополимерни композиции: лазерна стереолитография или

SLA технология (от Steriolithography Laser Apparatus), или просто

стереолитография - втвърдяване на слоя с помощта на лазер и "моментално" осветяване на слоя - втвърдяване на фотополимерния слой с ултравиолетова светкавица

лампи или прожектори. Първият метод включва последователно "прокарване" на лазерния лъч по цялата повърхност на образувания слой, където в разреза е "тялото" на модела. Според втория метод, втвърдяването на целия слой

възниква непосредствено след или по време на образуването му поради излъчване от контролиран светлинен източник – видим или ултравиолетов. Разликата в методите за формиране на слоеве определя и разликата в скоростта на изграждане

модели. Очевидно скоростта на растеж при втория метод е по-висока. въпреки това

стереолитографията е била и остава най-точната технология и се използва там, където изискванията за чистота на повърхността и точността на изграждане на модела са основни и решаващи. Въпреки това, технологиите за "отблясък", контролирани от експозицията, използвани например от Objet Geometry и Envisiontec,

В много случаи те успешно се конкурират със стереолитографията, оставяйки ясно предимство в скоростта на изграждане и цената на моделите. Редица производство

задачи могат да бъдат еднакво успешно решени с помощта на AF-машини от различни нива. По този начин, рационален избортехнологията за получаване на модели и, следователно, оборудването за прототипиране често не е очевидно и

трябва да се извършва, като се вземат предвид специфичните производствени условия и реалните изисквания към моделите. Когато разнообразието от задачи за решаване е

Очевидно е препоръчително да има две машини: едната за производство на продукти с повишени изисквания, втората - за изпълнение на "рутинни" задачи и репликиране на модели.

Лазерна стереолитография

3D Systems е пионер в практическото развитие на технологии за бързо създаване на прототипи. През 1986 г. тя за първи път представи за търговско развитие стереолитографската машина SLA-250 с размерите на строителната зона

250х250х250 мм. Основата на процеса SLA е ултравиолетовият лазер.

(твърдо състояние или CO 2 ). Лазерният лъч тук не е източник на топлина, както при SLS технологията, а източник на светлина. Лъчът "засенчва" текущата секция на CAD модела и

втвърдява тънък слой течен полимер в местата на неговото преминаване. След това платформата, върху която се извършва конструкцията, се потапя във вана с фотополимер с големината на стъпката на конструкцията и върху втвърдения слой се нанася нов течен слой, а новият контур се "обработва" с лазер. При отглеждане на модел, който има надвиснали елементи, едновременно с основното тяло на модела (и

от същия материал) се изграждат опори под формата на тънки колони, върху които

първият слой на надвисналия елемент се полага, когато дойде ред на изграждането му. Процесът се повтаря до завършване на сградата на модела. След това моделът се отстранява, остатъците от смолата се измиват с ацетон или алкохол и опорите се отстраняват. Качеството на повърхността на стереолитографските модели е много високо и често

моделът не изисква последваща обработка. Ако е необходимо, повърхностното покритие може

да се подобри, "фиксираният" фотополимер е добре обработен и повърхността на модела може да се доближи до огледало. В някои случаи, ако ъгълът между изгражданата повърхност на модела и вертикалата е по-малък от 30 градуса, моделът може да бъде изграден без опори. И така може да бъде

построен модел, за който

няма проблем с премахването на опорите от вътрешните кухини, което от своя страна дава възможност да се получат модели, които по принцип не могат да бъдат направени от нито един от

традиционни методи

SLA - модел и отливка на изделието "топка", сребро (например бижута

Стереолитографията се използва широко за:

- култивиране на леярски модели;

Изработка на мастър модели (за последваща изработка на силиконови форми, восъчни модели и отливки от полиуретанови смоли);

Създаване на дизайнерски модели, макети и функционални прототипи;

- производство на пълноразмерни и умалени модели за хидродинамика,

аеродинамични, якостни и други видове изследвания.

Но в контекста на тази работа отбелязваме първите две направления, които са важни за директното производство на леярски части. За целите на леярството се използват така наречените Quick-Cast модели, т.е. модели за "бързо леене".

Така се наричат ​​моделите, чрез които по аналогия с восъчните модели бързо се получават метални отливки. С други думи, това са модели за леене

същите технологии като моделите от восък и полистирол. Но те са важен нюанс. Моделите Quick-Cast имат структура на пчелна пита от редица стени: външната и вътрешната повърхност на стените са направени твърди, а самото тяло на стената

оформен като набор от пчелни пити. Това има голямо предимство: първо, общата маса на модела е значително намалена със 70% и, следователно, по-малко

Модел за бързо отливане, също и със система за затваряне и отливка на цилиндрова глава (Al)

материалът ще трябва да бъде изгорен при подготовката на формата за изливане на метал. Второ, по време на процеса на изгаряне всеки моделен материал се разширява и упражнява натиск върху стените на формата, докато форма с тънкостенни елементи може

бъде унищожен. Структурата на пчелна пита позволява на модела да се „сгъва“ навътре по време на разширяване, без да се напрягат или деформират стените на формата. Това е най-важното предимство на технологията Quck-Cast.

Тук отбелязваме, че в някои случаи SLA-моделите, както и SLS-

моделите могат да се използват не като модели за отливане, а като инструментална екипировка, модел за формоване, за отливане "в земята". В този случай, разбира се, наклоните и радиусите на леене трябва да бъдат предвидени в дизайна на модела, за да може моделът да излезе от формата без

щета

последно. Въпреки това, този метод на формоване се използва рядко.

поради недостатъчно

сила SLA -

CAD-модел, SLA-модел и отливане на предния капак на ДВГ "в земята" на модела.

Само по себе си получаването на точен висококачествен модел е скъп бизнес, докато загубата на модел, форма и маслини става още по-скъпа и драматична, особено когато става дума за критични, сложни детайли. Следователно SLA-машините много бързо намериха своето приложение в тези възли на технологиите,

които бяха критични по отношение на надеждното производство на сложни леярски продукти, предимно в авиацията, военните и космоса

индустрии, както и в автомобилната индустрия.

Второто, не на последно място, но по реда на споменаване предимство е точността на изграждане на модела. Моделът е изграден при нормални условия с

стайна температура. Факторите на термично напрежение и деформация, споменати по-горе, липсват. Много малкият диаметър на петното на лазерния лъч, 0,1-0,05 mm, ви позволява ясно да „работите“ през тънки, филигранни фрагменти от модела, които

направи стереолитографията много популярна технология в бижутерията

индустрия.

В Русия има доста голям опит в прилагането на технологията Quck-Cast в авиационната индустрия (Salyut, Sukhoi, UMPO, Rybinsk Motors), в енергетиката (TMZ - Тушинский машиностроителен завод),

известен опит има и в научни организации от автомобилния профил. По-специално, в НАМИ за първи път в Русия отливките са получени по тази технология.

такива сложни части като главата и цилиндровия блок на автомобилен двигател (виж по-горе). За други индустрии обаче тази технология остава практически неразработена.

SLA - модел и отливка на работното колело на турбинния агрегат (JSC "TMZ")

Основният производител на SLA машини е американската компания 3D

Системи, които

произвежда широка гама машини с

различни размеризони

конструкция, от 250x250x250 мм до

1500х570х500 мм.С техн

характеристики

колите могат

запознавам се

кампании

www.3dsystems.com.

дадено

основен

само по една iPro 8000 машина всяка,

достатъчно

Машина iPro 8000

и SLA модели

използвани

индустрия

леярско производство.

Основни параметри на iPro 8000 SLA машина

Работен размер

Стъпка на конструкцията, мм

Измерен

модели, кг

размери, мм

Цената, както първоначална, така и собственост, е може би единствената

недостатък на тази технология. Поради наличието на лазер тези инсталации са относително

пътищата изискват редовно Поддръжка. Ето защо, особено напоследък, когато се появиха много 3D принтери, те се използват за

конструиране на особено критични продукти с повишени изисквания за точност и повърхностна обработка, предимно за производство на Quick-Cast - и master-

модели. И за други цели, например, дизайнерски оформления, се използват по-евтини технологии. Цената на консумативите е сравнително висока - 200 ... 300 €, но сравнима с цената на моделните материали от други компании. време

изграждането на модел зависи от натоварването на работната платформа, както и от стъпката на изграждане, но средно 4-7 мм на час по височината на модела. Машината може да строи

модели с дебелина на стената 0,1 ... 0,2 mm.

DLP технология

Разработчикът на тази технология е международна компания Envisiontec, която може да се припише на новодошлите на пазара на AF, тя пусна първите си автомобили през

2003 Семейството Envisiontec Perfactory използва оригинала

DLP - технология за цифрова обработка на светлината. Същността му се крие във формирането

наречена "маска" на всеки текущ участък от модела, проектиран върху работния

Перфектен EXEDE

Модели Envisiontec и отливки на двигателни части, алуминий

платформа чрез специална система от много малки огледала, използващи прожектор с висок интензитет на светлината. Оформяне и осветяване с видима светлина

всеки слой се появява сравнително бързо - 3 ... 5 секунди. По този начин, ако в SLA-машините се използва "точковият" принцип на осветяване, тогава в машините Envisiontec той е "повърхностен", т.е. цялата повърхност на слоя е осветена. Това

обяснено много висока скоростстроителни модели - средно 25 мм на час височина с дебелина на строителния слой 0,05 мм. Поддържащият материал е същият като

основният материал е акрилен фотополимер.

Моделите на Envisiontec се използват по същия начин като SLA моделите - като основни шаблони и модели за отливане на изгаряне. Качеството на моделите е много високо,

въпреки това е по-нисък от SLA моделите по отношение на точността. Това се дължи главно на използването не на епоксидни фотополимери с ниско свиване, както в машините на 3D Systems, а на акрилни,

имащи значително по-висок, почти порядък - 0,6%, коефициент на свиване по време на полимеризация. Предимството обаче е достатъчно висока точност и повърхностно покритие, здравина, лекота на работа с много

умерена (в сравнение със стереолитографията) цена. Безспорното предимство на технологията Envisiontec е високата скорост на изграждане

модели и, следователно, производителността на RP-машината.

Наскоро NAMI проведе

експерименти, които като цяло показаха добро изгаряне на моделите, ниско

съдържание на пепел. Бяха получени

качествени отливки на автомобилни части както чрез вакуумно леене на алуминий в гипсови форми, така и

атмосферно леене на желязо

обещаващ и ефективен за леярски цели, а не само за научноизследователска и развойна дейност. Време (като се вземат предвид подготвителните и заключителните операции) за изграждане на частите, показани на фигурата - входна тръба с височина

32 мм и 100 мм висок приемник е 1,5 и 5 часа

съответно. Докато на сравнима по размер

SLA-машина Viper (3D Systems .) Построени са такива модели

ще бъде поне 5,5 и 16 часа.

За индустриални приложения интерес представляват машините от сериите Extrim и EXEDE. Тези машини

позициониран като AF - машини за промишлено серийно производство на мастер модели и модели за леене на метал върху изгорени модели, както и

високопроизводителни машини за сервизни бюра, специализирани в предоставянето на услуги в областта на адитивните технологии. Екстремна машина има един цифров прожектор с

резолюция 1400х1050 пиксела, EXEDE - два прожектора. Ефективна работа

строителната зона и дебелината на строителния слой се контролират чрез смяна на лещите на оптичната система.

Характеристика на машините от серията Extrim и EXEDE е, че за разлика от други технологии, тя използва не дискретно, стъпка по стъпка, а непрекъснато движение.

Към днешна дата има много технологии за създаване на реални обекти от 3D модели. Най-разпространената и достъпна технология е пластмасовият печат (FDM технология).
В нашата статия даваме класификация на технологиите за печат и описваме всяка от тях.

В момента технологиите за 3D печат са разделени на 4 основни категории:

1. Екструзия - екструдиране на разтопен материал;
2. Фотополимеризация - втвърдяване на полимера чрез UV или лазерно лъчение.
3. Печат чрез синтероване и топене на материали
4. Ламиниране - залепване на пластове материал с последващо изрязване;

Освен това има други технологии, които не попадат в горните категории, ще говорим за тях в края на тази статия.

1. 1. екструзия на материал

1.1. Моделиранеметоднастилка(Моделиране на разтопено отлагане, FDM)

Най-разпространената технология за 3D печат, особено сред личните и настолните 3D принтери.

Технологията работи на принципа на наслояване на материала на слоеве. Пластмасови или метални нишки се развиват от ролка (патрон) и се подават в печатащата глава (екструдер). Екструдерът загрява нишките до течно състояние и екструдира материала през дюзата, движейки се в хоризонтална и вертикална посока, слой по слой, образувайки обект.

Предимства на технологията за 3D печат FDM

• . скорост и лекота на моделиране
• . наличност;
• . безопасност, екологичност и нетоксичност на повечето материали;
• . точност на конструкцията;
• . лекота на използване и поддръжка;
• . здравина на частите;
• . лекота на изхвърляне.

Материал за печат: Термопласти (PLA, ABS, PVA, HIPS и др.), нискотопими метали и сплави, годни за консумация материали(шоколад и др.)

1.2. Спрей моделиране, последвано от фрезоване на слоеве (Drop On Demand Jet, DOĐet)

Тази технология за 3D печат също използва два вида материали - материал за модел и материал за поддръжка.

Печатащата глава пръска и двата вида едновременно« консумативи." След това специална фрезова глава охлажда напръскания слой и го обработва механично. Технологията DOĐet ви позволява да изграждате високопрецизни модели с абсолютно гладка повърхност. Тъй като пръскането на работния слой става поради механично движеща се глава, тогава скоростта на производство на прототип до голяма степен зависи от сложността на отпечатания модел.

Материал за печат: Восък за леене

1. 2. Фотополимеризация

2.1. лазерна стереолитография (Лазерстереолитография,SLA)

Технологията е изобретена от Чарлз Хъл. След като получи патент за него, Хъл основава 3D Systems, който остава водещпроизводител SLA машини.

Технологията включва използването на специален фотополимер - фоточувствителна смола като моделен материал. Основата на този процес е ултравиолетов лазер, който последователно пренася напречните сечения на модела върху повърхността на съда с фоточувствителна смола. Фотополимерът се втвърдява само на мястото, където е преминал лазерният лъч. След това върху втвърдения слой се нанася нов слой смола и с лазер се изчертава нов контур. Процесът се повтаря до завършване на сградата на модела. Стереолитографията е най-популярната технология за бързо създаване на прототипи за модели с висока точност. Обхваща почти всички отрасли на материалното производство от медицината до тежкото машиностроене. Технологията SLA ви позволява бързо и точно да изградите продуктов модел от почти всякакъв размер. Качеството на повърхностите зависи от етапа на изграждане. Съвременните машини осигуряват стъпка на конструкцията от 0,025 - 0,15 mm.

Технологията SLA дава най-добър резултат при изработване на мастър модели за последващо производство на силиконови форми и отливане на полимерни смоли в тях, а също така се използва за отглеждане на мастер модели на бижута.

Материал за печат: Фотополимерна смола

2.2. Дигиталенлечениесветлина(Цифрова обработка на светлината, DLP)

Аналог на SLA технологията. За разлика от традиционната технология, стереолитографията, с помощта на сканиращ ултравиолетов лазер за, за да направите течен материал твърд, DLP принтерът работи на подобен принцип, обаче използва DLP проектор , което засяга всеки слой. Веднага след като първият слой се втвърди върху платформата, платформата влиза малко по-дълбоко в резервоара за смола, и прожекторът осветява нов образ, за втвърдяване на следващия слой.

Материал за печат: Течна смола

2.3. технологияMJM (многоструйно моделиране)

Технологията е разработена и патентована от 3D Systems.

MJM, технология за 3D печат, се основава на разрез слой по слой на CAD файл в хоризонтални слоеве, които се изпращат последователно към 3D принтер. Всеки слой се формира от печатаща глава, която чрез група дюзи освобождава или разтопен (температура около 80 C) фотополимер, или разтопен восък върху хоризонтална подвижна платформа. Фотополимерът или восъкът се разтопяват в системата за подаване на материал, преди да достигнат печатащата глава. Ако 3D печатът се извършва от фотополимер, тогава след отпечатването на всеки слой платформата, върху която се отглежда слоят, се движи зад печатащата глава под ултравиолетова лампа. Светкавицата на ултравиолетова лампа предизвиква реакцията на фотополимера, поради което материалът се втвърдява. След това платформата се връща обратно под печатащата глава и цикълът на формиране на слоя се повтаря. Печатащата глава образува нов слой. Характеристики на технологията MJM е възможността за възпроизвеждане на 3D модели с висока точност. Процесът на 3D печат използва поддържащ материал: восък (доставя се в отделни касети). Ако 3D печатът е направен от фотополимер, тогава опорният материал се отстранява чрез висока температура: частта с опората се поставя в пещ с температура ~60 C. Ако 3D печатът е направен от восък, тогава опората се отстранява с помощта на специално решение.

Също така е важно да се добавят багрила към лепилото и следователно е възможно да се получи не само триизмерен модел, но и многоцветен.

Материал за печат: Фотополимерна смола, акрилна пластмаса, леярски восък

2.4. Polyjet технология (PolyJet, PJET)

Въведен през 2000 г. от Objet, която след това беше придобита от Stratasys през 2012 г.

3D печатът PolyJet е подобен на мастиленоструен печатдокументи, но вместо мастилено-хартиени мастиленоструйни, PolyJet 3D принтерите излъчват струи течен фотополимер, който образува слоеве върху тавата за изграждане и моментално се фиксира с UV светлина. Тънките слоеве се нанасят последователно и образуват точен триизмерен модел или прототип. Моделите са готови за използване веднага след изваждане от 3D принтера, не е необходимо допълнително фиксиране. В допълнение към избрания строителен материал, 3D принтерът също струи гелообразен поддържащ материал, предназначен да поддържа проекции и сложни геометрии. Отстранява се лесно на ръка или с вода.

Технологията за 3D печат PolyJet има много предимства за бързо създаване на прототипи, произвеждайки удивително фини детайли и гладки повърхности бързо и точно. Технологията използва широка гама от материали, включително твърди непрозрачни материали в стотици живи цветове, прозрачни и цветни полупрозрачни тонове, гъвкави еластични материали и специализирани фотополимери за 3D печат в денталната, медицинската и потребителската индустрия.

Материал за печат: Фотополимерна смола

1. 3. Печат чрез синтероване и разтопяване на материала

3.1. Селективно лазерно синтероване (SLS)

Методът SLS е изобретен от Карл Декарт(Карл Декард) през 1986 г

Използвайки тази технология, моделите се създават от прахообразни материали поради ефекта на синтероване с помощта на енергията на лазерния лъч. За разлика от процеса SLA, в този случай лазерният лъч не е източник на светлина, а източник на топлина. Попадайки върху тънък слой прах, лазерният лъч сипе частиците и образува твърда маса, в съответствие с геометрията на детайла. Като материали се използват полиамид, полистирол, пясък и някои метални прахове. Значително предимство на процеса SLS е липсата на така наречените опори при изграждане на модел. В процесите SLA и MJM, когато се изграждат надвиснали елементи на част, се използват специални опори за защита на прясно изградени тънки слоеве на модела от срутване. При SLS процеса такива опори не са необходими, тъй като изграждането се извършва в хомогенна маса от прах. Веднъж изграден, моделът се извлича от праховия масив и се почиства.

Водещ производителиМашините SLS са Concept Laser (Германия), 3D Systems (САЩ) и EOS GmbH (Германия).

Материал за печат: Термопластичен, метален прах, керамичен прах, стъклен прах

3.2. Директно лазерно топене на метал(Директно селективно лазерно топене на метали, SLM)

Разновидност на SLS технологията. Материалът е метали и сплави в прахообразна форма. Предлагат се за печат следните метали и сплави: стомана, неръждаема стомана, инструментална стомана, алуминий, кобалтово-хромова сплав, титан.

Тънки слоеве от висококачествен метален прах се разпределят равномерно с помощта на специален механизъм за нанасяне на покритие, платформата, върху която се намира прахът, може да се спуска вертикално. Целият процес се извършва в камера, която поддържа строг контрол на атмосферните инертни газове като аргон, азот и кислород под 500 ppm. След това всеки слой се формира чрез селективно излагане на повърхността на праха на лазери с помощта на два високочестотни скенера по X и Y ос. Процесът се повтаря слой по слой, докато детайлът бъде завършен.

Материал за печат: Практически всяка метална сплав в гранулирана/натрошена/прахообразна форма

3.3. делектронен лъчтопене (топене с електронен лъч,EBM)

Тази технология е разработена от Arcam AB в Швеция.

Технологията представлява производство на части чрез разтопяване на метален прах, нанесен слой по слой с мощен електронен лъч във вакуум. За разлика от някои методи за синтероване на метали, частите се получават без кухини, много здрави.

Технологията позволява да се произвеждат части с всякаква геометрична форма с параметрите на използвания материал. EBM машината чете данни от 3D модел, обикновено разположен в CAD файл, и последователно го изгражда слой по слой. Тези слоеве се сливат заедно с помощта на компютърно контролиран електронен лъч. По този начин той изгражда цели части. Процесът протича във вакуум, което го прави подходящ за производство на части от материали, които са силно податливи на кислород, като титан.

Важно предимство е, че прахът е чист краен материал без никакви пълнители. Така че не е необходимо да подлагате отпечатаната част на допълнителна термична обработка.

EBM работи при температури обикновено между 700 и 1000 ° C. Частите са готови почти веднага след охлаждане.

Титановите сплави, както беше отбелязано по-горе, се обработват лесно с тази технология, което я прави подходящ избор за пазара на медицински импланти.

Материал за печат: Титанови сплави

3.4. Селективно термично синтерованесинтероване)

Аналог за селективно лазерно синтероване(SLS), но тази технология използва правилно насочена топлина вместо високопрецизен лазер. Специална лампа е покрита с маска, и по този начин става възможно селективно влияние върху изходния материал.

За да има възможност за топлинен поток, тази технология използва специални ултравиолетови лампи. Едно от основните предимства е, че за дадена дължина на вълната на инфрачервеното лъчение е възможно да се изберат 2 вида материал: единият ще предава топлина, а другият ще отразява. Също така, едно от основните свойства на инфрачервеното лъчение е способността да се избира дължина на вълната, при която даден материал ще абсорбира или отразява цялото лъчение.

Интересно е да се отбележи, че един слой от 100 микрона (0,1 мм) се отпечатва само за 1-2 секунди. Тази технология е истински пробив във високоскоростния печат. Важно е да се подчертае, че моделът е оформен от пудра, а цялата неизползвана пудра може да се използва повторно.

Тази технология ви позволява да произвеждате модели с най-сложни геометрични форми, а също така ви позволява да отпечатвате няколко части едновременно.

Материал за печат: Термопластичен прах

3.5. Разпределение слой по слой на лепило върху гипсов прах (3D печат на прахообразно легло и мастиленоструйна глава, 3D печат на базата на гипс, 3DP)

3DP е специфична технология за адитивно производство, въз основа на използването на прах и свързващо вещество. Тази технология е патентована през 1993 г. от Ели Сакс и Майк Чима от Масачузетския технологичен институт.(MIT) и продаден през 1995 г. на Z Corporation, което на свой ред е придобит от 3D Systems през януари 2012 г.

3DP използва метод за производство на прах, подобен на SLS, но вместо синтероване или стопяване на праха, той използва свързващо вещество (лепило), което се инжектира в праха. За тези цели се използва печатаща глава, подобна на главата на мастиленоструен 3D принтер.

Технологията е много проста: има слой прах, върху него минава печатаща глава и селективно (според формата на участъка) нанася специална свързваща течност. Свеж слой пудра се разнася по цялата повърхност на модела и процесът се повтаря. Когато моделът е завършен, несвързаният прах се отстранява автоматично.

Материал за печат: Гипс, композит на гипсова основа, гипс на прах

1. 4. Производство на предмети чрез ламиниране (Laminated Object Manufacturing, LOM)

При тази технология моделът се изработва от тънки слоеве полимерно фолио. Преди това всеки слой от бъдещия продукт се изрязва от работния материал с лазер или механичен нож. Готовите форми на слоевете се поставят в предписания ред и се залепват заедно. Слоестото свързване може да се случи по различни начини - чрез локално отопление, чрез пресоване под налягане или конвенционално химическо свързване.

Материал за печат: Хартия, метално фолио, пластмасово фолио

1. 3DтюленотMcor Technologies

Нововъзникваща технология, което ви позволява да печатате продукти от обикновена хартия A4. Фреза от карбидна стомана изрязва всеки слой от бъдещия модел от лист хартия. След това слоевете се залепват с обикновено канцеларско лепило на водна основа. Тази технология за печат се използва от иновативния 3D принтер MATRIX 3000.

Материал за печат: стандартна офис хартия

1. Контурна изработка (CC)

Технологията е изобретена от професор Behrokh Khoshnevis(Behrokh Khoshnevis от Университета на Южна Калифорния CC е строителна технология и не се използва от 3D принтери. Печатащото устройство прилича повече на портален кран. Вместо многотонна кука, който има разпръскваща глава за бетон с вградени пневматични формирачи на повърхността. Моментално втвърдяващият се бетонов разтвор слой по слой се нанася върху основата на къщата. Стени, заедно с отворите, вентилационни отвори, пред очите ни растат комини в истинския смисъл на думата. На издигането на хралупа« кутии" на една вила с площ от 100 квадратни метра отнема около осем часа непрекъсната работа.

Материал за печат: бетонна смес

Колеги, днес ще говорим за болки!

А именно как някои продавачи на 3D принтери се опитват да ви продадат своя продукт с измама или кука....

Първо, нека поговорим за двете най-разпространени технологии за 3D печат: DLP и SLA, това са най-често срещаните 3D принтери в стоматологията.

На стоматологичния пазар днес принтерите, използващи DLP и SLA технологии за печат, са най-популярни, каква е разликата между тези две технологии?

И двете (DLP и SLA) използват „течна пластмаса“ като суровина за печат, с други думи, фотополимер, който се полимеризира и приема твърда форма под въздействието на UV радиация.

Малко история:

Пионерите в развитието на денталния 3D печат и създаването на широка гама от биосъвместими полимери са холандската компания Nextdent, позната преди на всички като Vertex.

Тази зима, виждайки големия потенциал на тези биосъвместими материали, Nextdent беше закупен от бащата на 3D печата, 3D гиганта американска компания 3D Systems.

Получаването на сертификат за биосъвместими материали не е лесно, така че фотополимерите Nextdent се купуват от други компании и се продават под техните различни марки: Formlabs, Novux и други.

Сега обратно към технологиите за 3D печат.

DLP. Принцип на печат:

Програмата, която идва с принтера, разделя отпечатания обект на слоеве със зададена дебелина.

Във ваната на принтера с прозрачно дъно се налива фотополимер (материал за печат).

Работна маса потъва до самото дъно на ваната, отдръпвайки се от дъното до един (първи) слой на нашия обект (в тази „вдлъбнатина“ има течен фотополимер).

Проекторът, който се намира под ваната, проектира изображението на първия слой върху дъното на ваната и благодарение на UV лъчението замръзва само пластмасата, върху която е попаднал образът от проектора.

Ето как нашият отпечатан обект расте слой по слой, независимо дали е модел на челюст или временна корона. SLA. Принцип на печат:Принципът на печат е подобен, но с тази разлика, че не се проектира целия слой, а лазерен лъч бързо преминава през всяка точка от обекта, който полимеризира течния фотополимер (материал)

Често за купувача не е лесно да разбере сам всички свойства на 3D принтер и неговите материали, но има един ясен индикатор, от който почти всеки се ръководи. И разбира се, този индикатор се играе главно от продавачите на 3D принтери.

Досещате ли се вече какъв е основният аргумент, който дават, когато ви продават своя принтер?

Точност на печат!

Да се ​​занимаваме тогава с този популярен параметър, който умишлено или поради некомпетентност се извърта в една или друга посока.

Точност на печат.

Този параметър зависи от много фактори, освен това не само от принтера, но и от материала и околната среда.

Как зависи от материала?

Колкото по-непрозрачен е материалът (напълнен с пигменти и блокери на светлината), толкова по-точни ще бъдат продуктите, отпечатани от него. Това се дължи на липсата на разсейване на светлината по време на печат и полимеризация на материала, съседен на модела.

Как зависи от околната среда?

При печат с фотополимер е важно да се контролира температурата му по време на печат.

По време на полимеризацията в DLP принтерите се генерира много топлина.

Как високата температура влияе върху печата?

Много просто, химическата реакция се ускорява и има твърде много текуща светлина, за да полимеризира материала.

Рискът от полимеризация на граничния слой на модела се увеличава (прекомерно излагане на пластмаса), съответно увеличаване на неговия размер, с други думи, загуба на точност.

В SLA принтерите това не е толкова страшно, тъй като лазерът има по-малка мощност (генерира по-малко топлина), обемът на ваната за материала обикновено е много по-голям (отколкото в DLP принтерите), което води до факта, че фотополимерът във ваната загрява по-бавно и няма опасност от прегряване.

Ето защо SLA печатът отнема малко повече време, но няма рисковете от прегряване и загуба на точност, както при DLP принтерите.

Така че, за да получите най-точно отпечатания продукт и да е горещо в стаята ви, контролирайте температурата на използвания полимер.

Студено - също не най-добрият варианттъй като носителят може да няма достатъчно светлина, той няма да залепне за масата за печат и ще трябва да загреете носителя предварително и да започнете целия процес на печат отначало.

Разбира се, суетенето с нагрят материал не е много удобно!

Но ако вашият принтер има функцията за автоматично нагряване на материала, няма да се налага да се занимавате с това ръчно.

1

Разглежда се методът за получаване на главни модели (RP-прототипи) чрез синтез на слой по слой за отливане върху изгорели модели чрез метода на стеролитография с помощта на технологията за цифрова обработка на светлината. Определя се възможността за получаване на модели с вътрешна регулируема клетъчна структура под формата на типична елементарна клетка на Вигнер-Зайц. Като изходен материал се използва омреженият фоточувствителен полимер Envisiontec SI500. В тази работа е проектиран компютърен 3D модел във формат STL и е получен прототип, който е обвивка, пълна с регулируема клетъчна структура. Определят се оптималните режими на осветяване и дебелината на осветения слой на пробата, с помощта на които е възможно да се контролират размерите на мостовете на клетъчната структура. Наличието в модела на структура под формата на масив от клетки в бъдеще значително ще намали количеството на използвания материал и ще намали натиска върху керамичната обвивка, когато се отстрани.

цифрова обработка на светлината

модели на синтез

структура на пчелна пита

фотополимер

главен модел

1. Василиев V.A., Морозов V.V. Производство на стоманени отливки по фотополимерни модели чрез обгаряне в кокил / Межд. NTC " Съвременни проблемиметалургично производство”. сб. работа. - Волгоград. 2002. - С. 336-337.

2. Василиев V.A., Морозов V.V., Шиганов I.N. Използване на методи за послойно формиране на триизмерни обекти в леярското производство // Вестник машиностроения. 2001. - № 2. - С. 4–11.

3. Евсеев А.В. Оперативно формиране на триизмерни обекти чрез лазерна стереолитография [Текст] / A.V. Евсеев, В.С. Камаев, Е.В. Коцюба и други // сб. Сборници на ИПЛИТ РАН. – С. 26–39.

4. Зленко М.А. Адитивни технологии в машиностроенето [ Електронен ресурс]: урокза университети в направление за обучение на магистри "Технологични машини и оборудване" / M.A. Зленко, А.А. Попович, И.Н. Мутилин. [СПб., 2013] URL: http://dl.unilib.neva.ru/dl/2/3548.pdf

5. Зленко М. Технологии за бързо прототипиране - послоен синтез на физическо копие на базата на 3D CAD модел // CAD/CAM/CAE Observer. 2003. № 2 (11). стр. 2–9.

6. Скородумов С.В. Технологии за синтез на слой по слой за създаване на триизмерни модели за производство на заготовки. // Бюлетин по машиностроене. - 1998. - № 1. - С. 20–25.

7.S.O. Онух., Й.Й. Юсуф. Технология за бързо създаване на прототипи: приложения и предимства за бързо разработване на продукти. // Journal of Intelligent Manufacturing. 1999.V.10.PP. 301 - 311.

Съвременните 3D компютърни системи за проектиране могат значително да намалят времето и разходите, изразходвани за разработването и проектирането на нови части. Преходът към цифрово описание на продукта - CAD и произтичащата от него RP технология (бързо прототипиране RP технология) направи революция в леярската индустрия, особено във високотехнологичните индустрии - авиация и космонавтика, ядрена индустрия, медицина и апаратура.традиционни технологии, използването на нови методите за получаване на модели за синтез на леене, дължащи се на технологиите за послоен синтез на фотополимерен материал, направиха възможно радикално намаляване на времето за създаване на нови продукти, подобряване на качеството и точността на отливките и намаляване на отхвърлянето.

Най-широко RP прототипите се използват като модели за отливане по инвестиция в леярни за производство на високопрецизни и геометрично сложни метални отливки. Използването на RP-модели като модели на изгаряне в процесите на леене прави възможно получаването на геометрично сложни метални отливки с точност най-малко 12 качество и грапавост на повърхността средно 7Ra. Въпреки това, използването на модели за синтез (RP прототипи) често е придружено от напукване и последващо разрушаване на леярската форма на етапа на високотемпературно отстраняване на масата на модела.

Основната причина за разрушаването на керамичните форми в процеса на отстраняване на шприцования модел е свързана с разликата в термомеханичните свойства на керамичната обвивка и материала на прототипа. Един от начините за намаляване на контактните напрежения между модела на отливката и керамичната форма в процеса на термично излагане е замяната на монолитния модел с модел с еквивалентна форма, който е обвивка с клетъчен пълнител на вътрешната кухина като носеща рамка, която предотвратява загубата на стабилност на черупката от ефектите на остатъчните напрежения. Проектирането на такива модели за синтез включва избор на формата и геометричните параметри на клетката, които, от една страна, осигуряват минимално ниво на контактни напрежения, а от друга страна, поддържат зададените параметри на точност на полимерния модел през целия процес на производство и формоване.

Целта на тази работа е да се проучи възможността за получаване на прототипи на RP с вътрешна регулируема структура под формата на клетки от типа на Wigner-Seitz.

Материали и методи на изследване

Изходният материал е омрежен полимер Envisiontec SI500, който се използва в процеса на стереолитография. За да получим прототипи с регулируема вътрешна структура, използвахме в тази работа технологичен процесстереолитография, чиято схема е показана на фигура 1. Основната разлика от класическата стереолитография е отклонението от използването на схема с лазер за иницииране на реакцията на фотополимеризация и замяната му с няколко цифрови видеопроектора, използващи Digital Light Processing (DLP) технология. Разработчикът на тази технология е Enviziontec (Германия). Като изходен материал за създаване на модела се използва акрилен фотополимер. Същността на процеса е да се използва "маската" на всяка текуща секция от модела, проектирана върху работната платформа чрез специална система от много малки огледала с помощта на прожектор (съдържащ две лампи с висока яркост на светлината). Платформата след осветяване на слоя се спуска точно до дебелината на следващия слой във ваната с течен полимер. Образуването и излагането на всеки слой на видима светлина става относително бързо. Това обяснява високата скорост на изграждане на модели (средно 1 cm на час височина с конструктивна стъпка от 50 µm).

Ориз. 1. Схема на работа на стереолитографска машина, използваща DLP технология: 1 - проектор; 2 - фотомаска; 3 - механизъм за подравняване на полимер; 4 - вана с течен полимер; 5 - понижена основа; 6 - модел на втвърден полимер

При използване на стъпка от 25 μm на моделите практически няма стъпки от слоеве, характерни за всички технологии за послоен синтез. Тази възможност дава възможност за получаване на продукти с високо качество на повърхността с грапавост до Ra0,1 и точност на размерите до 0,1 mm.

Резултати от изследването и дискусия

Envisiontec Perfactory XEDE беше използван за производството на прототипи с вътрешна регулируема структура. Извършени са работи по моделиране на образец, който представлява обвивка с дебелина на стената 0,5 mm, запълнена с клетъчна регулируема структура (фиг. 3). За запълване на вътрешния обем на пробата е използвана елементарна единична клетка на Wigner-Seitz, която е масив в STL файла. Експериментите са проведени при различни параметри на времето на експозиция на пробата на всеки следващ полимеризиращ слой от 6,5 до 18 s.

Ориз. 3. CAD модел на кубична обвивка, пълна със структура от пчелна пита

В резултат на извършената работа е получен прототип с дебелина на стената на обвивката 0,5 mm, изпълнен с клетъчна структура от фотополимерен материал SI500 (фиг. 4). Времето на експозиция на всеки слой е 18 s (както черупката, така и клетъчната структура с дебелина на моста 0,5 mm).

Ориз. четири. Прототипс организирана клетъчна структура

Чрез промяна на параметрите на осветяване на слоя полимеризиращ материал е възможно да се получат клетки с дебелина на моста в размер от 0,12 до 0,5 mm.

Заключение

Установена е технологичната възможност за разработване на технология за получаване на сложни геометрични обекти с вътрешна регулируема клетъчна структура. Потенциалното приложение на тази технология е възможно в леярската промишленост, а именно при леене върху изгорени модели. Чрез замяна на монолитен главен модел с модел, представляващ обвивка с вътрешна регулируема структура под формата на клетки, е възможно да се намали налягането на състава на изгорения модел върху керамичната форма чрез избор на дебелината на обвивката, формата и размера на клетки.

Рецензенти:

Сиротенко Л. Д., доктор на техническите науки, професор, Пермски национален изследователски политехнически университет, Перм;

Ханов A.M., доктор на техническите науки, професор, Пермски национален изследователски политехнически университет, Перм.

Библиографска връзка

Шумков А.А. СЪЗДАВАНЕ НА МАСТЕР МОДЕЛИ ЧРЕЗ СЛОЕВО-СЛОЙЕН СИНТЕЗ НА ФОТОПОЛИМЕР // Съвременни проблеми на науката и образованието. - 2015. - № 2-1 .;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20538 (дата на достъп: 01.02.2020 г.). Предлагаме на Вашето внимание списанията, издавани от издателство "Естествонаучна академия"

Много бижутери успешно използват в работата си фрезови машини, управлявани от софтуер, които смилат восъци за леене, а някои устройства - и веднага метални части. В тази статия ще разгледаме 3D принтирането като алтернатива и допълнение към този процес.

Скорост

Когато създавате част в един екземпляр, CNC фрезата печели по скорост - фрезата на машината се движи със скорост до 2000-5000 mm / min, а където фрезата може да се справи с нея за 15 минути, принтерът може да отпечата частта до час и половина, понякога дори повече.

Това обаче е вярно само за прости и гладки продукти, като сватбен пръстен с проста форма и без шарка, които не изискват високо качество на повърхността, т.к. лесно се полират бързо. Рутерът реже сложни продукти толкова бавно, колкото ги отпечатва 3D принтер, и често по-дълго - времето за обработка може да достигне до шест часа.

Снимка @ FormlabsJp

Когато създавате серия от продукти наведнъж, ситуацията се променя драстично - с едно преминаване принтерът може да отпечата пълна платформа от шаблони - това е платформа (например принтерът Form 2) 145x145 mm и те се побират там , в зависимост от размера на моделите до 35 бр. Със скорост на печат от 10-30 mm/час (и той печата на слоеве, непосредствено върху цялата площ на платформата), това дава осезаемо предимство пред рутера, който изрязва само един модел наведнъж - това е или една сложна част, или няколко прости, плоски, от една цилиндрична восъчна заготовка.

В допълнение, 3D принтер може да отпечата дърво от модели за отливане наведнъж, без да е необходимо да го сглобявате от отделни заготовки. Това също спестява време.

Снимка @ 3d_cast

Точност и качество

Точността на позициониране на ножа в CNC машините достига 0,001 mm, което е по-високо от това на 3D принтер. Качеството на обработка на повърхността с фреза също зависи от размера на самата фреза, а радиусът на върха на фрезата е поне 0,05 mm, но движението на фрезата се задава програмно, обикновено е стъпка от една трета или половината от резачката, съответно - всички преходи са изгладени.

Снимка @ freemanwax

Дебелината на слоя при печат на Form 2, най-популярният, но далеч не най-точният принтер, а оттам и вертикалната точност, е 0,025 мм, което е половината от диаметъра на върха на всеки нож. Диаметърът на лъча му е 0,14 mm, което намалява разделителната способност, но също така ви позволява да получите по-гладка повърхност.

Снимка @ ландофнауд

Като цяло, качеството на продуктите, получени на фотополимерен принтер и отгоре фрезови машинисравними. В някои случаи при прости форми качеството на фрезованата част ще бъде по-високо. Със сложността на формите историята е различна – 3D принтерът може да отпечата нещо, което никой рутер никога няма да изреже, поради ограниченията на дизайна.

Икономика

Фотополимерите, използвани в стереолитографските принтери, са по-скъпи от обикновения восък за бижута. Големи парчета восък след фрезата могат да бъдат разтопени в нови заготовки, въпреки че това също е време и допълнителни стъпки, но и спестявания. Смленият восък излиза по-евтино от гледна точка на себестойността на всеки отделен продукт от същия обем.

Восъкът не е единственият консумативв работата на фрезата фрезите също постепенно се износват и изискват подмяна, те издържат 1-2 месеца интензивна работа, но това не намалява значително разликата.

Работата на фрезата по отношение на цената на произведените продукти е по-евтина.

Снимка @ 3DHub.гр

Удобство и възможности

Спецификата на фрезоването е такава, че дори на петосна машина фрезата далеч не може да достигне навсякъде. Това принуждава бижутерите да създават композитни модели от няколко части, които след това трябва да бъдат запоени или дори предварително завършени на ръка. 3D принтерът, от друга страна, е в състояние да отпечата модел с произволно сложна форма, включително вътрешни кухини и сложни съединения, с едно преминаване.

Как става това

Отпечатаните модели се запояват към восъчен варел, след което получената структура се залива с гипс или специален разтвор, след което готовата форма се нагрява в пещ и след това се запълва с метал.

Восъчният материал изгаря без остатък, позволявайки на метала да заеме цялото празно пространство и точно да повтори формата на детайла.

Повече информация:

1. Процесът на отливане започва с отпечатване на модела и стандартна следпечатна обработка - отпечатаната част се отделя от опорите, измива се, подлага се на полимеризация на ултравиолетова светлина, ако е необходимо, леко се полира.

2. Освен това процесът е подобен на този, използван за отливане с помощта на конвенционални шаблони. Заготовките са запоени към восъчна врата, която ще ги държи в правилната позиция и ще създаде канал за разпределение на метала.

Ако броят и размерите на продуктите позволяват, можете да пропуснете тази стъпка - ако отпечатвате продуктите заедно с лея като цяло.

3. Лекът е фиксиран в колбата за отливане. Ако колбата е перфорирана, дупките трябва да се затворят, например с опаковъчна лента.

4. Разтворът за пълнене се смесва в пропорциите, посочени от производителя.

След това се излива в колба с леяк вътре. Изсипете внимателно, за да не нараните модела и да не разместите елхата.

5. Колбата се поставя във вакуумна камера за поне 90 секунди, за да се отстрани целият въздух от разтвора. След това се прехвърля на място, защитено от вибрации, за бързо втвърдяване.

6. Съдовете за отливане се поставят във фурна, студена или загрята до 167ºC, като температурата постепенно се повишава до пълното изгаряне на пластмасата на моделите.

Preheat - предварително загряване.

Поставете колбата - поставете колбата във фурната.

Рампа - повишаване (промяна) на температурата.

Задържане - поддържане на температурата (пример: 3h = 3 часа)

7. След завършване на този процес металът се излива във формата.

8. След изливането формата се охлажда, пълнежният материал се измива.

9. Остава само да премахнете готовите продукти, да ги отделите и леко да полирате.

Снимки на продукти, създадени от Top3DShop:

Изводи:

И двете технологии имат своите плюсове и минуси. Ако работилницата за бижута вече има CNC фреза, тогава ще се справи с повечето задачи за производство на единични копия. Освен това, ако се правят само единични копия и не много често, тогава машината печели тук и по скорост.

Ако няма задача за развитие на производството, увеличаване на обема на работа, оборот на средства, повишаване на нивото на сложност на продуктите, тогава 3D принтерът ще бъде само допълнителна финансова тежест.

С увеличаване на темпото и обема на работа, с постоянно въвеждане на нови модели, предимствата на 3D принтера ще станат забележими веднага, при масово производство разликата в скоростта е сериозна. Принтерът е трудно да се надцени при бързо създаване на прототипи и производство на партиди заготовки.

Ако предприятието изпълнява и двата вида поръчки - както единични, така и серийни, ще бъде по-ефективно и рентабилно да има и двете устройства във фермата, за различни видове работа, те органично ще се допълват взаимно.

Оборудване

Форма 2 на Formlabs

Технология: SLA

Работна камера: 145 x 145 x 175 мм

Дебелина на слоя: 25-100 микрона

Лазерен фокус: 140 µm

Мощност на лъча: 250mW

Цена: 320 000 рубли

Form 2 е компактен стереолитографски 3D принтер, който се побира лесно на вашия работен плот.

Благодарение на своята точност (25-100 микрона), той е много популярен сред ортодонтите и бижутерите, тъй като е в състояние да отпечата много продукти в една сесия.

Снимка @ FormlabsJp

Фотополимерът за отпечатване на изгорели модели струва 46 000 рубли за 1-литрова касета.

3D системи Projet MJP 2500

Технология: MJM

Работна камера: 295 x 211 x 142 мм

Разделителна способност: 800 x 900 x 790 dpi

Дебелина на слоя: 32 микрона

Цена: 3 030 000 рубли

Многоструен принтер на 3D Systems, предназначен за печат на формовани заготовки с VisiJet материали и функционални части с пластмаса.

MJP отстъпва по компактност на стереолитографските принтери - той е много по-голям и не може да се постави на работен плот, но това се компенсира от скоростта на печат и по-голямата работна площ.

3D системи ProJet MJP 3600W Макс

Технология: MJM

Работна камера: 298 x 183 x 203 мм

Резолюция: до 750 x 750 x 1600 DPI

Дебелина на слоя от: от 16 µm

Точност на печат: 10-50 микрона

Цена: 7 109 000 рубли

ProJet 3600W Max е подобрена версия на ProJet 3500 CPX, специализиран 3D принтер за отпечатване на лят восък. Това са индустриални 3D принтери, използвани във фабрики при непрекъсната работа, с голяма платформа и висока производителност. Принтерите от тази серия използват технологията за многоструйно моделиране (Multi Jet Modeling, MJM), което увеличава скоростта на работа и позволява използването на VisiJet материали, специално предназначени за това.

Технология: DLP (цифрова обработка на светлината)

Площ за печат: 120×67.5×150mm

Дебелина на слоя: 25-50 µm (0.025/0.05 mm)

Разделителна способност: 62,5 µm (0,0625 mm)

Цена: от 275 000 рубли

Hunter е нов DLP 3D принтер от Flashforge. DLP е стереолитографска технология, която използва проектор вместо лазер.

Тази технология има своите предимства - DLP печатът е по-бърз и е в състояние да даде много детайли в ултрамалък мащаб. От друга страна, DLP проекцията се състои от пиксели, ако имате нужда от идеално гладка повърхност, по-добре е да изберете SLA принтер, например Form 2.

Flashforge ​Hunter DLP 3D е съвместим с третото поколение стереолитографски смоли, което дава на потребителя богат избор от материали за печат.

Принтерът използва DLP модул по собствен дизайн на производителя, чиито характеристики са оптимизирани специално за 3D печат. Този компонент има по-голяма линейна точност от конвенционалния DLP, предназначен за потребителски видео проектори.

Wanhao Duplicator 7 v1.4

Технология на печат: DLP, 405n

Максимална скорост на печат: 30мм/час

Максимална площ за печат: 120x68x200 мм

Разделителна способност: 2560x1440 пиксела на слой

Точност: 0,04 мм

Дебелина на слоя: 0.035-0.5mm

Тегло: 12 кг

Цена: 35 900 рубли.

Wanhao Duplicator 7 е евтин фотополимерен принтер за изпробване на стереолитография. Недостатъците на този модел са ниска стабилност, ниска резолюция и проблеми с повторяемостта извън кутията.

Снимка @