Tehnologii aditive în turnătoria pilot. Tehnologii pentru turnarea metalelor și materialelor plastice folosind modele de sinteză și matrițe de sinteză

(Conducătorul științific al Centrului pentru Tehnologii Aditive al Întreprinderii Unitare de Stat Federal „NAMI”, Doctor în Științe Tehnice

Mihail Zlenko; Pavel Zabednov, directorul FSUE Vneshtechnika)

INTRODUCERE La dezvoltarea și crearea de noi produse industriale, deosebite

Ceea ce contează este viteza de trecere prin etapele de cercetare și dezvoltare, care, la rândul său, depinde în mod semnificativ de capacitățile tehnologice ale producției pilot. LA

Acest lucru se aplică în special la fabricarea pieselor de turnare, care sunt adesea piesa cea mai intensivă în muncă și cea mai costisitoare. proiect comun. În timp ce creați Produse noi, în special la etapa de cercetare și dezvoltare în producția pilot, care se caracterizează prin

studii de variante, necesitatea unor modificări frecvente de proiectare și, ca urmare, corectarea constantă a echipamentelor tehnologice pentru fabricație

prototipuri, problema producției rapide a pieselor turnate devine cheie. În producția pilot, metodele tradiționale de realizare manuală a echipamentelor de turnare (în principal modele din lemn) rămân predominante.

sau folosind echipamente de prelucrare, mai rar CNC. Acest lucru se datorează faptului că în etapa de cercetare-dezvoltare, în condiții de incertitudine a rezultatului, când proiectarea produsului nu a fost încă elaborată, neaprobată, pentru fabricarea de mostre.

nu este recomandabil să se creeze echipamente tehnologice „normale” pentru seriale

producție. În aceste condiții, un produs foarte scump - echipamentul de turnare se dovedește a fi, de fapt, o singură dată, care nu este utilizat în lucrările ulterioare asupra produsului din cauza naturală și schimbări semnificative proiectarea produsului în timpul cercetării și dezvoltării. Prin urmare, fiecare iterație, fiecare aproximare a construcției

detaliile pentru versiunea finală necesită adesea echipamente tehnologice noi,

întrucât alterarea celui vechi se dovedește a fi excesiv de laborioasă sau deloc posibilă. Și în acest sens, metodele tradiționale nu sunt doar costisitoare în ceea ce privește pierderile materiale, ci și extrem de consumatoare de timp.

Trecerea la o descriere digitală a produselor - CAD, și a apărut după CAD

(datorită CAD!) tehnologiile aditive au făcut o adevărată revoluție în afacerea de turnătorie, care este deosebit de pronunțată în industriile high-tech - aviație și aerospațială, industria nucleară, medicină și instrumentare, în industriile în care producția în serie este tipică, adesea

producție de bucată (pe lună, an). Aici abaterea de la tehnologiile tradiționale,

utilizarea de noi metode de obținere a matrițelor de sinteză de turnare și a modelelor de sinteză datorită tehnologiilor de sinteză strat cu strat a făcut posibilă reducerea radicală a timpului

pentru a crea produse noi. De exemplu, tipic pentru automobile

detaliu constructie motor - bloc cilindri. Pentru a face primul

prototip prin metode tradiționale

durează cel puțin 6 luni, iar timpul principal costă

cont de creație

Model de turnare rapidă și turnare a blocului cilindri (fontă) echipamente tip model pentru turnarea „în pământ”.

Utilizarea tehnologiei Quick-Cast în acest scop (creșterea unui model de turnare

dintr-un fotopolimer pe o mașină SLA cu turnare ulterioară conform unui model ars)

reduce timpul pentru obținerea primei turnări de la șase luni la două săptămâni!

Același detaliu poate fi obținut mai puțin precis, dar destul de potrivit pentru date.

obiective tehnologice - turnarea în matrițe de nisip crescut. Conform acestei tehnologii, nu este deloc necesar să faceți un model de turnare:

este crescut „negativul” detaliului – forma. O matriță pentru turnarea unei piese atât de mari precum un bloc cilindric,

se cultivă în fragmente, apoi se colectează într-un balon și se toarnă metalul. Întregul proces durează câteva zile. porțiune semnificativă

produse de turnare „obișnuite” care nu au cerințe speciale pentru precizia turnării sau

Fragmente de matriță de nisip structura internă, poate fi obținută sub formă produse terminateîn câteva zile: wax-up direct (1 zi); turnare + uscare mucegai (1 zi); calcinare

matrite si turnare propriu-zisa (1 zi); total: 3-4 zile, ținând cont de timpul pregătitor-final. Aproape toate construcțiile de automobile și avioane

companiile din țările industrializate au în arsenalul lor de producție pilot zeci de mașini AF care servesc sarcinilor de cercetare și dezvoltare. Mai mult, aceste mașini încep să fie folosite ca „normale” echipamente tehnologiceîn

un singur lanț tehnologic și pentru producția de masă.

1. Tehnologii aditive și prototipare rapidă

Fabricare aditivă (AF) sau Fabricare aditivă (AM) - acceptată în

Termeni de lexic tehnic englezesc care denotă aditiv, adică „adăugarea”, metodă de obținere a unui produs (spre deosebire de metodele tradiționale de prelucrare prin „scăderea” materialului dintr-o serie de piese de prelucrat). Ele sunt folosite împreună cu expresia Rapid Prototyping (sau RP -

tehnologii) - Rapid Prototyping, dar au un sens mai general, mai precis

reflectorizant pozitie curenta. Putem spune că Rapid Prototyping în sensul modern este o parte a tehnologiilor AF, „responsabilă” de prototiparea propriu-zisă prin metode de sinteză strat cu strat. Tehnologiile AF - sau AM - acoperă toate domeniile sintezei produselor, fie că este vorba despre un prototip,

prototip sau produs de serie.

Esența tehnologiilor AF, precum și a tehnologiilor RP, constă în construcția strat cu strat, sinteza strat cu strat a produselor - modele, forme, modele principale etc. prin fixarea straturilor de material model și conectarea acestora. în serie căi diferite: sinterizare, fuziune, lipire, polimerizare - în funcție de nuanțele unei anumite tehnologii. Ideologia tehnologiilor aditive se bazează pe tehnologii digitale, care se bazează pe

constă o descriere digitală a produsului, modelul său de computer sau așa-numitul. Model CAD. Când se utilizează tehnologii AF, toate etapele implementării proiectului de la idee la

materializarea (sub orice formă - sub formă intermediară sau sub formă de produse finite) sunt într-un mediu tehnologic „prietenos”, într-un singur lanț tehnologic, unde fiecare operare tehnologica realizat și în format digital

sistem CAD\CAM\CAE. În practică, aceasta înseamnă o tranziție reală la tehnologiile „fără hârtie”, când, în principiu, documentația tradițională de desen pe hârtie nu este necesară pentru fabricarea unei piese.

În prezent, pe piață există diverse sisteme AF care produc

modele pe diverse tehnologii si din diverse materiale. Cu toate acestea, ele au în comun principiul strat cu strat al construirii unui model. Tehnologiile AF joacă un rol deosebit în modernizarea producției de turnătorie, au făcut posibilă rezolvarea unor probleme nerezolvate anterior, „creșterea” modelelor de turnare și matrițe imposibile.

realizate în moduri tradiționale. Condițiile de fabricație a echipamentelor modelului au fost reduse radical. Dezvoltarea tehnologiilor de formare în vid și formare în vid

turnarea după matrițe și modele obținute prin tehnologii aditive a făcut posibilă reducerea timpului de fabricație pilot, prototipuri și, în unele cazuri, produse de serie de câteva ori și de zeci de ori. Progrese recente în domeniu

metalurgia pulberilor au făcut posibilă extinderea semnificativă a posibilităților tehnologiilor aditive pentru „creșterea” directă a

piese din metale si obtinerea de noi materiale structurale cu proprietăți unice(tehnologie „spray forming” etc.).

Tehnologiile AF sunt denumite în mod justificat tehnologii ale secolului 21. Cu exceptia

avantaje evidente din punct de vedere al vitezei și, de multe ori, al costului de fabricație a produselor, aceste tehnologii au un avantaj important din punct de vedere al securității mediu inconjuratorși, în special, emisiile de gaze cu efect de seră și poluarea „termică”. Aditiv

tehnologiile au un mare potențial de reducere a costurilor energetice pentru crearea unei game largi de produse.

"Sub presiune" dezvoltare globală a tehnologiilor tridimensionale CAD/CAM/CAE, turnătoria modernă și, în primul rând, producția pilot, se află în curs de modernizare semnificativă, care urmărește să creeze condiții pentru implementarea deplină a principiului tehnologiilor „fără hârtie” pe parcursul întregului proces de creare a unui produs nou - de la proiectarea și dezvoltarea unui model CAD, înainte

produs final, să fie parte integrantă a ciclului de proiectare și fabricare a prototipurilor, prototipurilor și serii mici de produse pentru diverse scopuri cu o gamă largă de materiale utilizate. Și în acest scop, „rotătoarele”

echipate cu echipamente complet noi pentru ei, oferindu-le noi

oportunități de a satisface „capriciile” designerilor, dar în același timp cerându-le să stăpânească noi cunoștințe, forțând atât tehnologii, cât și designerii să vorbească același limbaj 3D, în timp ce, dacă nu eliminând, atunci slăbind în mod semnificativ confruntarea eternă dintre tehnolog și designerul.

Centrele moderne de tehnologie aditivă adesea în numele lor complet

Industria rusă, unde adesea în cadrul aceleiași întreprinderi

este concentrată producția unei game uriașe de produse din diverse materiale, unde multe întreprinderi, din diverse motive, sunt însă nevoite să mențină

a lui " economie naturală”, această abordare este destul de rațională.

Turnătorie pilot pentru producția de metal și plastic

produsele au multe în comun, iar odată cu utilizarea tehnologiilor AF devin și mai multe

asemănătoare atât din punct de vedere al echipamentelor folosite, cât și din punct de vedere al metodelor tehnologice, cât și din punct de vedere al

educația și formarea personalului profesional.

2. Tehnologii aditive și producție de turnătorie

După cum sa menționat deja, tehnologiile AF sunt de o importanță deosebită pentru producția accelerată de piese turnate. Aparatele AF sunt folosite pentru a obține:

- modele de turnătorie;

modele principale;

- matrite de turnatorie si echipamente de turnatorie.

* într-un articol este imposibil să descriem toate tehnologiile și toate mașinile pentru sinteza strat cu strat. Aici ne vom limita doar la acele tehnologii care prezintă cel mai mare interes în raport cu problemele de inginerie mecanică, omițând din considerare un număr destul de însemnat de mașini „ascuțite” pentru rezolvarea problemelor speciale de medicină generală, biologie și stomatologie, electronică sau industria bijuteriilor. .

2.1. Producerea modelelor de sinteză de turnătorie poate fi obținut (crescut) din:

- polistiren pulbere (pentru turnarea ulterioară pe modele arse);

- compoziții fotopolimerice, în special, conform tehnologiei Turnare rapidă pentru post-turnare pe modele burn-out sau tehnologie MJ (Multi Jet ) pt

turnare de investiții;

2.1.1 Modele de sinteză din polistiren pulbere

Polistirenul este utilizat pe scară largă ca material model pentru turnarea tradițională prin ardere. Cu toate acestea, datorită dezvoltării rapide

tehnologia de sinteză strat cu strat a câștigat o popularitate deosebită în domeniul prototipării, precum și pentru producția industrială de piese și

producție la scară mică. Modelele din polistiren sunt realizate pe mașini AF folosind tehnologia SLS - Selective Laser Sintering - sinterizarea strat cu strat a materialelor sub formă de pulbere. Această tehnologie este adesea folosită atunci când este nevoie.

faceți rapid una sau mai multe piese turnate de formă complexă relativ mari

	dimensiuni			moderat
	cerințe			prin precizie.
	Esența tehnologiei este
	Următorul.			model
	material			polistiren
	pulbere cu dimensiunea particulelor 50-
				se rostogolește
	special
SLS - SinterStation Pro model de mașină și roată turbină				platformă,
	stabilit			în sigilat

cameră cu o atmosferă de gaz inert (azot). Raza laser „se rulează” acolo unde computerul „vede” într-o anumită secțiune a „corpului” modelului CAD, ca și cum ar fi umbrit

secțiunea piesei, așa cum face designerul cu un creion în desen. Aici este laserul

fasciculul este o sursă de căldură, sub influența căreia are loc sinterizarea particulelor de polistiren ( temperatura de lucruîn jur de 120°C). Apoi platforma este coborâtă cu 0,1-0,2 mm și o nouă porțiune de pulbere se rulează peste cea întărită, se formează un nou strat, care este și sinterizat cu cel anterior.

Procesul se repetă până la construcția completă a modelului, care la sfârșitul procesului

se dovedește a fi închis într-o serie de pulbere nesinterizată. Modelul este preluat de la

				curățat de
			avantaj
				tehnologie
		este		absenta
		suporturi - nu sunt necesare,
		pentru că modelul și tot
		straturi în construcţie în timpul
		clădire		ținută
		matrice
	Model din polistiren și turnare a chiulasei motorului cu ardere internă	Disponibil
		Mașini 3D Systems

și EOS vă permit să construiți modele destul de mari - până la 550x550x750 mm în dimensiune (acest lucru este important, vă permite să construiți modele mari în ansamblu, fără a fi nevoie

lipirea fragmentelor individuale, ceea ce crește precizia și fiabilitatea turnării,

în special turnarea în vid). Detaliu foarte ridicat al construcției modelului: se pot construi elemente de suprafață (numerele piesei, inscripțiile condiționate

și etc.) cu grosimea fragmentului de până la 0,6 mm, grosimea peretelui modelului garantată până la

În principiu, tehnologiile de turnare pentru modelele din ceară și polistiren nu diferă. Se folosesc aceleasi materiale de turnare, aceeasi turnatorie si

echipament auxiliar. Este că modelul din ceară - "topit", iar modelul din polistiren - "ars". Diferențele sunt doar în nuanțele de turnare și tratament termic al baloanelor. Cu toate acestea, aceste nuanțe contează. Lucreaza cu

modelele din polistiren necesită atenție la ardere: se eliberează o mulțime de gaze (combustibile) care necesită neutralizare, materialul

se arde parțial în forma în sine, există pericolul formării de cenușă și înfundarea formei, este necesar să se prevadă posibilitatea de scurgere a materialului din zonele stagnante, o cerință necondiționată este utilizarea cuptoarelor de calcinare cu

programatori, iar programul de ardere a polistirenului este semnificativ diferit de programul de topire a cerii. Dar, in general, cu o anumita indemanare si experienta, turnarea pe modele burnout din polistiren da un rezultat foarte bun.

Model din polistiren (dupa cultivare si infiltrare) si turnare, fonta

Dezavantajele tehnologiei includ următoarele. Procesul de sinterizare a pulberii este un proces termic cu toate dezavantajele sale inerente: distribuția neuniformă a căldurii peste camera de lucru, peste masa materialului, deformare.

din cauza schimbărilor de temperatură. Al doilea. Pulberea de polistiren nu este

aliaje, precum poliamidă sau pulberi metalice, despre care se vor discuta

mai jos, și anume, este sinterizat - structura modelului este poroasă, similară cu structura

spumă. Acest lucru se face special pentru a facilita îndepărtarea ulterioară a materialului modelului din matriță cu solicitări interne minime atunci când este încălzit. Modelul construit, spre deosebire de, de exemplu, ceara, necesită o manipulare foarte atentă atât în ​​timpul curățării, cât și în timpul lucrărilor ulterioare de pregătire pentru turnare. Pentru rezistență și ușurință în utilizare

(articulatii cu sistem de gating,

turnare) modelul este impregnat

compoziție specială pe ceară

baza - procesul se numește infiltrare. Modelul se pune intr-un cuptor special si la o temperatura

aproximativ 80 ° C impregnat cu compoziția indicată (fotografia prezintă modele infiltrate de roșu

culorile sunt extrase din mașină

Modele si piese turnate din polistiren, aluminiu modele de zapada din polistiren

alb). Acest lucru implică și riscul deformarii modelului și necesită

anumite aptitudini ale personalului. Într-adevăr, recent au existat

pulberi model din polistiren care nu necesita infiltrare. Acest lucru ameliorează, dar nu elimină complet problema. În plus, infiltrarea sub formă de ceară nu este întotdeauna o necesitate dăunătoare. Se topește în balon atunci când este ars mai întâi, înainte de polistiren și când acesta din urmă capătă fluiditate,

contribuie la îndepărtarea acestuia din matriță, reducând astfel masa părții „arse” a polistirenului și reducând probabilitatea formării cenușii.

Astfel, atunci când vorbim de „cerințe de precizie moderată” atunci când folosim tehnologia SLS, ne referim la motivele obiective remarcate pentru care acuratețea produselor obținute prin tehnologia SLS nu poate fi mai mare decât

la utilizarea altor tehnologii care nu au legătură cu deformaţiile de temperatură. Aceasta este, de exemplu, tehnologia fotopolimerizării.

Vorbind despre tehnologia SLS, mai remarcăm un lucru, nu legat de polistiren, dar

"legate de"		o direcție folosită uneori în turnătorie. aceasta
			cultivarea utilajelor de turnare de turnătorie
			din poliamidă pulbere. poliamidă lată
			folosit				funcţional
			prototipare,			poliamidă
			suficient de puternic şi în multe cazuri
			permite		reproduce				prototip
			cât mai aproape de produsul „de luptă”. LA
					se dovedește			din punct de vedere economic
			oportun		aplica			poliamidă
			modele ca alternativă la cele din lemn.
			Modelul este crescut în același mod ca și
			polistiren. În același timp, dacă se poate
	Model SLS	distributiv		golul ei cu		minim			posibil
	ax si cutie matrita pt		grosimea peretelui (pentru a minimiza
	primind		deformaţiile de temperatură de mai sus!).
						dând		puterea si

rigiditatea este umplută din interior cu rășină epoxidică. După aceea, acestea sunt fixate într-o cutie de turnare convențională, vopsite și apoi - conform tehnologiei tradiționale de turnare.

Un exemplu de astfel de scule „rapide” pentru turnare

Arborele cu came ICE este prezentat în figură. Datorită lungimii mari, modelul este crescut în două părți, piesele sunt lipite, umplute cu rășină epoxidică și fixate într-o cutie de matriță; durata operațiunilor 2 zile.

2.1.2 Modele de sinteză din fotopolimeri

Esența tehnologiei este utilizarea rășinilor speciale sensibile la lumină, care se întăresc selectiv și strat cu strat în punctele sau locurile în care un fascicul de lumină este furnizat conform unui program dat. Metodele de iluminare a stratului sunt diferite (laser, lampă ultravioletă, lumină vizibilă). Există două tehnologii principale pentru crearea modelelor din compoziții de fotopolimeri: stereolitografia cu laser sau

Tehnologia SLA (de la Steriolithography Laser Apparatus), sau pur și simplu

stereolitografia - întărirea stratului cu ajutorul unui laser și iluminarea „instantanee” a stratului - întărirea stratului de fotopolimer cu un blitz ultraviolet

lămpi sau spoturi. Prima metodă presupune „rularea” secvențială a fasciculului laser pe întreaga suprafață a stratului format, unde „corpul” modelului se află în secțiune. Conform celei de-a doua metode, întărirea întregului strat

apare imediat după sau în timpul formării sale din cauza radiațiilor provenite de la o sursă de lumină controlată - vizibilă sau ultravioletă. Diferența dintre metodele de formare a straturilor determină și diferența de viteză de construcție

modele. Evident, rata de creștere a celei de-a doua metode este mai mare. in orice caz

stereolitografia a fost și rămâne cea mai precisă tehnologie și este utilizată acolo unde cerințele pentru curățarea suprafeței și acuratețea construcției modelelor sunt de bază și decisive. Cu toate acestea, tehnologiile „flare” controlate prin expunere, utilizate, de exemplu, de Objet Geometry și Envisiontec,

În multe cazuri, concurează cu succes cu stereolitografia, lăsând în urmă un avantaj clar în viteza de construire și costul modelelor. Un număr de producție

sarcinile pot fi la fel de rezolvate cu succes cu ajutorul aparatelor AF de diferite niveluri. În acest fel, alegerea rationala tehnologia de obţinere a modelelor şi, în consecinţă, a echipamentelor de prototipare nu este adesea evidentă şi

ar trebui efectuate ținând cont de condițiile specifice de producție și de cerințele reale pentru modele. Când varietatea sarcinilor de rezolvat este

Evident, este indicat să aveți două mașini: unul pentru fabricarea produselor cu cerințe crescute, al doilea - pentru îndeplinirea sarcinilor „de rutină” și replicarea modelelor.

Stereolitografia cu laser

3D Systems este un pionier în dezvoltarea practică a tehnologiilor de prototipare rapidă. În 1986, a prezentat pentru prima dată pentru dezvoltare comercială mașina stereolitografică SLA-250 cu dimensiunile zonei de construcție

250x250x250 mm. Baza procesului SLA este laserul ultraviolet.

(în stare solidă sau CO 2 ). Raza laser de aici nu este o sursă de căldură, ca în tehnologia SLS, ci o sursă de lumină. Grinda „umbrează” secțiunea curentă a modelului CAD și

solidifică un strat subțire de polimer lichid în locurile de trecere a acestuia. Apoi platforma pe care se realizează construcția este scufundată într-o baie cu un fotopolimer după mărimea etapei de construcție și se aplică un nou strat lichid pe stratul întărit, iar noul contur este „procesat” de laser. Când creșteți un model care are elemente surplombate, simultan cu corpul principal al modelului (și

din același material) se construiesc suporturi sub formă de coloane subțiri, pe care

primul strat al elementului surplombant este așezat când vine rândul construcției acestuia. Procesul se repetă până la finalizarea construcției modelului. Apoi modelul este îndepărtat, resturile de rășină sunt spălate cu acetonă sau alcool, iar suporturile sunt îndepărtate. Calitatea suprafeței modelelor stereolitografice este foarte mare și adesea

modelul nu necesită post-procesare. Dacă este necesar, finisarea suprafeței poate

fi îmbunătățit, fotopolimerul „fix” este bine prelucrat, iar suprafața modelului poate fi adusă la o oglindă. În unele cazuri, dacă unghiul dintre suprafața modelului care se construiește și verticală este mai mic de 30 de grade, modelul poate fi construit fără suporturi. Și așa poate fi

a construit un model pentru care

nu există nicio problemă de îndepărtare a suporturilor din cavitățile interne, ceea ce la rândul său face posibilă obținerea unor modele care, în principiu, nu pot fi realizate de niciunul dintre

metode tradiționale

SLA - modelul și turnarea produsului „minge”, argint (de exemplu, bijuterii

Stereolitografia este utilizată pe scară largă pentru:

- cultivarea modelelor de turnătorie;

Realizarea modelelor principale (pentru producerea ulterioară de matrițe din silicon, modele de ceară și piese turnate din rășini poliuretanice);

Crearea de modele de design, layout-uri și prototipuri funcționale;

- producția de modele mari și la scară pentru hidrodinamic,

aerodinamică, rezistență și alte tipuri de cercetare.

Dar în contextul acestei lucrări, remarcăm primele două direcții, care sunt importante pentru producția directă a pieselor turnate. În scopurile turnătorii, se folosesc așa-numitele modele Quick-Cast, adică modele pentru „turnare rapidă”.

Acesta este numele modelelor prin care, prin analogie cu modelele din ceară, se pot obține rapid turnări metalice. Cu alte cuvinte, acestea sunt modele pentru turnare

aceleași tehnologii ca modelele din ceară și polistiren. Dar acolo este nuanță importantă. Modelele Quick-Cast au o structură de tip fagure dintr-o serie de pereți: suprafețele exterioare și interioare ale pereților sunt solide, iar corpul peretelui însuși

format ca un set de faguri. Acest lucru are un mare avantaj: în primul rând, masa totală a modelului este redusă semnificativ cu 70% și, în consecință, mai puțin

Model turnat rapid, de asemenea, cu sistem de blocare și turnare a chiulasei (Al)

materialul va trebui să fie ars la pregătirea matriței pentru turnarea metalului. În al doilea rând, în timpul procesului de ardere, orice material model se extinde și exercită presiune asupra pereților matriței, în timp ce o matriță cu elemente cu pereți subțiri poate

fi distrus. Structura de tip fagure permite modelului să se „plieze” spre interior în timpul expansiunii, fără a tensiona sau deforma pereții matriței. Acesta este cel mai important avantaj al tehnologiei Quck-Cast.

Aici observăm că, în unele cazuri, modelele SLA, precum și SLS-

modelele pot fi folosite nu ca modele de turnare, ci ca un model de scule, model de turnare, pentru turnarea „în pământ”. În acest caz, desigur, în proiectarea modelului trebuie prevăzute pante și razele de turnare pentru ca modelul să iasă din matriță fără

deteriora

ultimul. Cu toate acestea, această metodă de turnare este rar folosită.

din cauza insuficientei

puterea SLA -

Modelul CAD, modelul SLA și turnarea capacului frontal al motorului cu ardere internă „în pământ” al modelului.

În sine, obținerea unui model precis de înaltă calitate este o afacere costisitoare, în timp ce pierderea unui model, a unei forme și a măslinelor devine și mai costisitoare și mai dramatică, mai ales când vine vorba de detalii critice și complexe. Prin urmare, mașinile SLA și-au găsit foarte repede aplicația în acele noduri de tehnologii,

care au fost critice în ceea ce privește producția fiabilă de produse de turnare complexe, în primul rând în aviație, armată și spațiu

industrii, precum și în industria auto.

Al doilea, nu în ultimul rând, dar în ordinea mențiunilor, avantaj este acuratețea construcției modelului. Modelul este construit in conditii normale cu

temperatura camerei. Factorii de stres termic și deformare menționați mai sus sunt absenți. Diametrul foarte mic al spotului fasciculului laser, 0,1-0,05 mm, vă permite să „lucrați” clar fragmente subțiri, filigranate ale modelului, care

a făcut stereolitografia o tehnologie foarte populară în bijuterii

industrie.

În Rusia, există destul de multă experiență în aplicarea tehnologiei Quck-Cast în industria aviației (Salyut, Sukhoi, UMPO, Rybinsk Motors), în inginerie energetică (TMZ - Tushino Machine-Building Plant),

ceva experiență este disponibilă și în organizațiile științifice de profil auto. În special, în NAMI, pentru prima dată în Rusia, s-au obținut piese turnate folosind această tehnologie.

piese atât de complexe precum capul și blocul cilindrilor unui motor de automobile (vezi mai sus). Cu toate acestea, pentru alte industrii, această tehnologie rămâne practic nedezvoltată.

SLA - modelul și turnarea rotorului unității turbinei (JSC „TMZ”)

Principalul producător de mașini SLA este compania americană 3D

Sisteme, care

produce o gamă largă de mașini cu

marimi diferite zone

constructie, de la 250x250x250 mm la

1500x570x500 mm.Cu tehnic

caracteristici

mașinile pot

familiariza

campanii

www.3dsystems.com.

dat

principal

doar un aparat iPro 8000 fiecare,

suficient

Mașină iPro 8000

și modele SLA

folosit

industrie

producția de turnătorie.

Parametrii principali ai mașinii iPro 8000 SLA

Dimensiunea de lucru

Etapa de construcție, mm

Dimensional

modele, kg

dimensiuni, mm

Costul, atât inițial, cât și de proprietate, este poate singurul

dezavantajul acestei tehnologii. Datorită prezenței unui laser, aceste instalații sunt relativ

drumurile necesită regulat întreținere. Prin urmare, mai ales recent, când au apărut o mulțime de imprimante 3D, acestea sunt folosite pentru

construirea de produse deosebit de critice cu cerințe crescute pentru precizie și finisare a suprafeței, în primul rând pentru fabricarea Quick-Cast - și master-

modele. Și în alte scopuri, de exemplu, machete de proiectare, sunt folosite tehnologii mai ieftine. Costul consumabilelor este relativ mare - 200 ... 300 €, dar comparabil cu costul materialelor de model de la alte companii. Timp

construirea unui model depinde de sarcina platformei de lucru, precum și de treapta de construcție, dar în medie 4-7 mm pe oră de-a lungul înălțimii modelului. Mașina poate construi

modele cu grosimea peretelui de 0,1 ... 0,2 mm.

Tehnologia DLP

Dezvoltatorul acestei tehnologii este companie internationala Envisiontec, care poate fi atribuită noilor veniți pe piața AF, ea și-a lansat primele mașini în

2003 Familia Envisiontec Perfactory folosește originalul

DLP - tehnologie de procesare digitală a luminii. Esența sa constă în formare

numită „mască” a fiecărei secțiuni curente a modelului proiectat pe lucru

Perfactory EXEDE

Modele Envisiontec și piese turnate ale pieselor de motor, din aluminiu

platformă printr-un sistem special de oglinzi foarte mici folosind un spot cu intensitate luminoasă mare. Modelarea și iluminarea prin lumină vizibilă

fiecare strat apare relativ rapid - 3 ... 5 secunde. Astfel, dacă la mașinile SLA se folosește principiul „punctului” al iluminării, atunci la mașinile Envisiontec este „suprafață”, adică întreaga suprafață a stratului este iluminată. Acest

foarte explicat de mare viteză modele de construcție - o medie de 25 mm pe oră în înălțime, cu o grosime a stratului de construcție de 0,05 mm. Materialul suport este același cu

materialul principal este fotopolimerul acrilic.

Modelele Envisiontec sunt utilizate în același mod ca modelele SLA - ca modele master și modele de turnare burnout. Calitatea modelelor este foarte mare,

cu toate acestea, este inferior modelelor SLA în ceea ce privește precizia. Acest lucru se datorează în principal utilizării fotopolimerilor epoxidici nu cu contracție redusă, ca în mașinile 3D Systems, ci acrilicilor,

având un coeficient de contracție semnificativ mai mare, aproape de un ordin de mărime - 0,6% în timpul polimerizării. Cu toate acestea, avantajul este o precizie suficient de mare și finisarea suprafeței, rezistența, ușurința de manipulare cu foarte

cost moderat (comparativ cu stereolitografia). Avantajul incontestabil al tehnologiei Envisiontec este viteza mare de construcție

modele și, în consecință, performanța mașinii RP.

Recent, NAMI a susținut

experimente care au arătat, în general, epuizare bună a modelelor, scăzută

continut de cenusa. Au fost primite

turnare de calitate a pieselor auto atât prin turnare sub vid a aluminiului în matrițe de ipsos, cât și

turnarea atmosferică a fierului

promițătoare și eficiente în scopuri de turnătorie și nu numai pentru cercetare și dezvoltare. Timpul (ținând cont de operațiunile pregătitoare și finale) de construire a pieselor prezentate în figură - o conductă de admisie cu o înălțime

Receptorul de 32 mm și 100 mm înălțime durează 1,5 și 5 ore

respectiv. În timp ce la o dimensiune comparabilă

SLA-mașină Viper (3D Systems .) au fost construite astfel de modele

ar fi de cel puțin 5,5 și 16 ore.

Pentru aplicații industriale, sunt de interes mașinile din seriile Extrim și EXEDE. Aceste mașini

pozitionat ca AF - mașini pentru producția industrială în serie de modele master și modele pentru turnarea metalului pe modele arse, precum și

utilaje performante pentru birouri de service specializate in prestarea de servicii in domeniul tehnologiilor aditive. Mașină extremă are un reflector digital cu

rezoluție 1400x1050 pixeli, EXEDE - două reflectoare. Lucru eficient

zona de construcție și grosimea stratului de construcție sunt controlate prin schimbarea lentilelor sistemului optic.

O caracteristică a mașinilor din seriile Extrim și EXEDE este că, spre deosebire de alte tehnologii, nu utilizează mișcare discretă, pas cu pas, ci continuă.

Până în prezent, există multe tehnologii pentru crearea de obiecte reale din modele 3D. Cea mai comună și mai accesibilă tehnologie este imprimarea pe plastic (tehnologia FDM).
În articolul nostru, oferim o clasificare a tehnologiilor de imprimare și descriem fiecare dintre ele.

În prezent, tehnologiile de imprimare 3D sunt împărțite în 4 categorii principale:

1. Extrudare - extrudarea materialului topit;
2. Fotopolimerizare - întărirea polimerului prin radiații UV sau laser.
3. Imprimare prin sinterizare și topire a materialelor
4. Laminare - lipirea straturilor de material cu tăiere ulterioară;

În plus, există și alte tehnologii care nu se încadrează în categoriile de mai sus, despre ele vom vorbi la sfârșitul acestui articol.

1. 1. extrudarea materialului

1.1. Modelaremetodăsuprafata(Fused Deposition Modeling, FDM)

Cea mai comună tehnologie de imprimare 3D, în special printre imprimantele 3D personale și desktop.

Tehnologia funcționează pe principiul depunerii materialului în straturi. Firele de plastic sau metal sunt desfășurate dintr-o rolă (cartuș) și introduse în capul de imprimare (extruder). Extruderul încălzește filamentele la o stare lichidă și extrude materialul prin duză, mișcându-se în direcții orizontale și verticale, strat cu strat formând un obiect.

Beneficiile tehnologiei de imprimare 3D FDM

• . viteză și ușurință în realizarea modelelor
• . disponibilitate;
• . Siguranță , ecologic și non-toxicitatea majorității materialelor;
• . precizia construcției;
• . ușurință în utilizare și întreținere;
• . rezistența pieselor;
• . ușurința de eliminare.

Material de imprimare: Termoplastice (PLA, ABS, PVA, HIPS etc.), metale și aliaje cu punct de topire scăzut, materiale comestibile(ciocolata etc.)

1.2. Modelare prin pulverizare urmată de frezarea în strat (Drop On Demand Jet, DODJet)

Această tehnologie de imprimare 3D utilizează, de asemenea, două tipuri de materiale - material model și material suport.

Capul de imprimare pulverizează ambele tipuri în același timp« consumabile." Apoi un cap de frezat special răcește stratul pulverizat și îl prelucrează mecanic. Tehnologia DODJet vă permite să construiți modele de înaltă precizie, cu o suprafață absolut netedă. Deoarece pulverizarea stratului de lucru are loc datorită unui cap care se mișcă mecanic, atunci viteza de fabricare a unui prototip depinde în mare măsură de complexitatea modelului tipărit.

Material de imprimare: Turnare ceară

1. 2. Fotopolimerizare

2.1. Stereolitografia cu laser (Laserstereolitografia,SLA)

Tehnologia a fost inventată de Charles Hull. După ce a primit un brevet pentru el, Hull a fondat 3D Systems, care rămâne liderulproducător Mașini SLA.

Tehnologia presupune utilizarea unui fotopolimer special - rășină fotosensibilă ca material model. Baza acestui proces este un laser ultraviolet, care transferă secvențial secțiunile transversale ale modelului pe suprafața vasului cu rășină fotosensibilă. Fotopolimerul se întărește numai în locul unde a trecut fasciculul laser. Apoi se aplică un nou strat de rășină pe stratul întărit și se trasează un nou contur cu un laser. Procesul se repetă până la finalizarea construcției modelului. Stereolitografia este cea mai populară tehnologie de prototipare rapidă pentru modele de înaltă precizie. Acesta acoperă aproape toate ramurile producției de materiale, de la medicină la inginerie grea. Tehnologia SLA vă permite să construiți rapid și precis un model de produs de aproape orice dimensiune. Calitatea suprafetelor depinde de etapa de constructie. Mașinile moderne asigură o etapă de construcție de 0,025 - 0,15 mm.

Tehnologia SLA oferă cel mai bun rezultat atunci când se realizează modele principale pentru producția ulterioară de matrițe din silicon și turnarea rășinilor polimerice în ele și este, de asemenea, utilizată pentru cultivarea modelelor principale de bijuterii.

Material de imprimare: Rășină fotopolimerică

2.2. Digitaltratamentușoară(Procesare digitală a luminii, DLP)

Analog al tehnologiei SLA. Spre deosebire de tehnologia tradițională, stereolitografia, folosind un laser ultraviolet de scanare pentru, pentru a face un material lichid solid, Imprimanta DLP funcționează pe un principiu similar, totuși folosește proiector DLP , care afectează fiecare strat. De îndată ce primul strat se întărește pe platformă, platforma intră puțin mai adânc în rezervorul de rășină, iar reflectorul luminează o nouă imagine, pentru a întări stratul următor.

Material de imprimare: Rășină lichidă

2.3. TehnologieMJM (Multi-Jet-Modeling)

Tehnologia a fost dezvoltată și patentată de 3D Systems.

MJM, o tehnologie de imprimare 3D, se bazează pe o secțiune strat cu strat a unui fișier CAD în straturi orizontale, care sunt trimise secvenţial la o imprimantă 3D. Fiecare strat este format dintr-un cap de imprimare, care, printr-un grup de duze, eliberează fie fotopolimer topit (temperatura de aproximativ 80 C), fie ceară topită pe o platformă în mișcare orizontală. Fotopolimerul sau ceara este topită în sistemul de alimentare cu material înainte de a ajunge la capul de imprimare. Dacă imprimarea 3D este realizată dintr-un fotopolimer, atunci după ce fiecare strat este imprimat, platforma pe care este crescut stratul se deplasează în spatele capului de imprimare sub o lampă cu ultraviolete. Un fulger al unei lămpi ultraviolete provoacă reacția fotopolimerului, datorită căreia materialul se întărește. După aceea, platforma se deplasează înapoi sub capul de imprimare și ciclul de formare a stratului se repetă. Capul de imprimare formează un nou strat. Caracteristicile tehnologiei MJM sunt capacitatea de a reproduce modele 3D cu o precizie ridicată. Procesul de imprimare 3D folosește un material suport: ceară (furnizată în cartușe separate). Dacă imprimarea 3D este realizată din fotopolimer, atunci materialul suport este îndepărtat prin intermediul temperaturii ridicate: piesa cu suport este introdusă într-un cuptor cu o temperatură de ~60 C. Dacă imprimarea 3D este realizată din ceară, atunci suportul este îndepărtat. folosind o soluție specială.

De asemenea, este important ca la lipici să se poată adăuga coloranți și, prin urmare, este posibil să obțineți nu numai un model tridimensional, ci și unul multicolor.

Material de imprimare: Rășină fotopolimerică, plastic acrilic, ceară de turnare

2.4. Tehnologia Polyjet (PolyJet, PJET)

Introdus în 2000 de Objet, care a fost apoi achiziționat de Stratasys în 2012.

Imprimarea 3D PolyJet este similară cu imprimare cu jet de cerneală documente, dar în loc de jet de cerneală pe hârtie, imprimantele 3D PolyJet emit jeturi de fotopolimer lichid care formează straturi pe tava de construcție și se fixează instantaneu cu lumină UV. Straturile subțiri sunt așezate secvenţial și formează un model sau un prototip tridimensional precis. Modelele sunt gata de utilizare imediat după scoaterea din imprimanta 3D, nu este necesară nicio fixare suplimentară. Pe lângă materialul de construcție ales, imprimanta 3D jetează și un material de susținere asemănător gelului, conceput pentru a susține proiecțiile și geometriile complexe. Este ușor de îndepărtat manual sau cu apă.

Tehnologia de imprimare 3D PolyJet are multe avantaje pentru prototiparea rapidă, producând detalii uimitor de fine și suprafețe netede rapid și precis. Tehnologia folosește o gamă largă de materiale, inclusiv materiale rigide opace în sute de culori vibrante, tonuri translucide transparente și colorate, materiale elastice flexibile și fotopolimeri specializați pentru imprimarea 3D în industria dentară, medicală și a bunurilor de larg consum.

Material de imprimare: Rășină fotopolimerică

1. 3. Imprimare prin sinterizare și topire a materialului

3.1. Sinterizarea selectivă cu laser (SLS)

Metoda SLS a fost inventată de Carl Descartes(Carl Deckard) în 1986

Folosind această tehnologie, modelele sunt create din materiale pulbere datorită efectului de sinterizare folosind energia unui fascicul laser. Spre deosebire de procesul SLA, în acest caz fasciculul laser nu este o sursă de lumină, ci o sursă de căldură. Ajuns pe un strat subțire de pulbere, fasciculul laser își sinterizează particulele și formează o masă solidă, în conformitate cu geometria piesei. Ca materiale se folosesc poliamidă, polistiren, nisip și unele pulberi metalice. Un avantaj semnificativ al procesului SLS este absența așa-numitelor suporturi la construirea unui model. În procesele SLA și MJM, atunci când se construiesc elemente în sus ale unei piese, se folosesc suporturi speciale pentru a proteja straturile subțiri proaspăt construite ale modelului de colaps. În procesul SLS, astfel de suporturi nu sunt necesare, deoarece clădirea este realizată într-o masă omogenă de pulbere. Odată construit, modelul este extras din matricea de pulbere și curățat.

Conducere producatori Mașinile SLS sunt Concept Laser (Germania), 3D Systems (SUA) și EOS GmbH (Germania).

Material de imprimare: termoplastic , pulbere metalică, pulbere ceramică, pulbere de sticlă

3.2. Topire directă cu laser a metalelor(Topirea cu laser selectivă directă a metalelor, SLM)

O variație a tehnologiei SLS. Materialul este metale și aliaje sub formă de pulbere. Următoarele metale și aliaje sunt disponibile pentru imprimare: oțel, oţel inoxidabil, otel pentru scule, aluminiu , aliaj cobalt-crom , titan.

Straturile subțiri de pulbere metalică de înaltă calitate sunt distribuite uniform folosind un mecanism special de acoperire, platforma pe care se află pulberea putând fi coborâtă vertical. Întregul proces are loc în interiorul unei camere care menține un control strict al gazelor inerte atmosferice, cum ar fi argonul, azotul și oxigenul sub 500 ppm. Fiecare strat este apoi format prin expunerea selectivă a suprafeței pulberii la lasere folosind două scanere de înaltă frecvență pe axa X și Y. Procesul se repetă strat cu strat până când piesa este completă.

Material de imprimare: Practic orice aliaj metalic sub formă granulară/zdrobită/pulbere

3.3. Efascicul de electroni topire (topire cu fascicul de electroni,EBM)

Această tehnologie a fost dezvoltată de Arcam AB în Suedia.

Tehnologia constă în fabricarea pieselor prin topirea unei pulberi de metal aplicată strat cu strat cu un fascicul de electroni puternic în vid. Spre deosebire de unele metode de sinterizare a metalelor, piesele se obtin fara goluri, foarte rezistente.

Tehnologia permite producerea de piese de orice formă geometrică cu parametrii materialului utilizat. Aparatul EBM citește datele dintr-un model 3D, de obicei situat într-un fișier CAD, și le construiește secvenţial strat cu strat. Aceste straturi sunt fuzionate împreună folosind un fascicul de electroni controlat de computer. În felul acesta construiește părți întregi. Procesul are loc în vid, ceea ce îl face potrivit pentru fabricarea de piese din materiale care sunt foarte sensibile la oxigen, cum ar fi titanul.

Un avantaj important este că pulberea este un material pur final, fără umplutură. Prin urmare, nu trebuie să supuși piesa imprimată unui tratament termic suplimentar.

EBM funcționează la temperaturi de obicei între 700 și 1000 ° C. Piesele sunt gata aproape imediat după răcire.

Aliajele de titan, așa cum sa menționat mai sus, sunt ușor de prelucrat prin această tehnologie, ceea ce o face o alegere potrivită pentru piața implanturilor medicale.

Material de imprimare: Aliaje de titan

3.4. Sinterizarea selectivă la căldurăsinterizare)

Analog de sinterizare cu laser selectiv(SLS), dar această tehnologie folosește căldură direcționată corespunzător în locul unui laser de înaltă precizie. O lampă specială este acoperită de o mască, și astfel devine posibilă influențarea selectivă a materialului sursă.

Pentru a putea încălzi fluxul, această tehnologie folosește lămpi speciale cu ultraviolete. Unul dintre principalele avantaje este că pentru o anumită lungime de undă a radiației infraroșii, este posibil să alegeți 2 tipuri de material: unul va transmite căldură, iar celălalt va reflecta. De asemenea, una dintre principalele proprietăți ale radiației IR este capacitatea de a alege o lungime de undă la care un anumit material va absorbi sau reflecta toată radiația.

Este interesant de remarcat că un strat de 100 de microni (0,1 mm) este imprimat în doar 1-2 secunde. Această tehnologie este o adevărată descoperire în imprimarea de mare viteză. Este important de subliniat faptul că modelul este format din pulbere, iar toată pudra nefolosită poate fi refolosită.

Această tehnologie vă permite să produceți modele ale celor mai complexe forme geometrice și, de asemenea, vă permite să imprimați mai multe părți în același timp.

Material de imprimare: Pulbere termoplastică

3.5. Distribuție strat cu strat a adezivului pe pulbere de gips (Imprimare 3D pe pat de pulbere și cap cu jet de cerneală, Imprimare 3D pe bază de ipsos, 3DP)

3DP este o tehnologie specifică de fabricație aditivă, pe baza folosirii pulberii si liantului. Această tehnologie a fost brevetată în 1993 de Eli Sachs și Mike Cima de la Massachusetts Institute of Technology.(MIT) și vândut în 1995 către Z Corporation, care, la rândul său a fost achiziționat de 3D Systems în ianuarie 2012.

3DP folosește o metodă de fabricare a pulberii similară cu SLS, dar în loc să sintereze sau să topească pulberea, folosește un liant (adeziv) care este injectat în pulbere. În aceste scopuri, se folosește un cap de imprimare similar cu capul unei imprimante 3D cu jet de cerneală.

Tehnologia este foarte simplă: există un strat de pulbere, peste el trece un cap de imprimare și selectiv (după forma secțiunii) aplică un lichid special de legare. Un strat proaspăt de pudră se întinde pe întreaga suprafață a modelului și procesul se repetă. Când modelul este finalizat, pulberea nelegată este îndepărtată automat.

Material de imprimare: Gips, compozit pe bază de gips, pulbere de gips

1. 4. Producția de obiecte folosind laminare (Laminated Object Manufacturing, LOM)

În această tehnologie, modelul este realizat din straturi subțiri de film polimeric. Anterior, fiecare strat al viitorului produs este tăiat din materialul de lucru cu un laser sau un tăietor mecanic. Formele finite ale straturilor sunt așezate în ordinea prescrisă și lipite între ele. Conexiunea stratificată poate avea loc în diferite moduri - folosind încălzirea locală, prin presare sub presiune sau prin lipire chimică convențională.

Material de imprimare: Hârtie, folie metalică, folie de plastic

1. 3DsigiliudinMcor Technologies

Noua tehnologie emergentă, care vă permite să imprimați produse din hârtie simplă A4. Un tăietor din oțel din carbură decupează fiecare strat al viitorului model dintr-o foaie de hârtie. Apoi, straturile sunt lipite cu lipici de birou obișnuit pe bază de apă. Această tehnologie de imprimare este utilizată de inovatoarea imprimantă 3D MATRIX 3000.

Material de imprimare: hârtie standard de birou

1. Contour Crafting (CC)

Tehnologia a fost inventată de profesorul Behrokh Khoshnevis(Behrokh Khoshnevis de la Universitatea din California de Sud CC este o tehnologie de construcție și nu este utilizată de imprimantele 3D. Dispozitivul de imprimare este mai mult ca o macara portal. În loc de un cârlig de mai multe tone, care are un cap de stropire a betonului cu formatoare pneumatice de suprafață încorporate. Mortar de beton cu întărire instantanee se aplică strat cu strat la baza casei. Pereți, împreună cu deschideri, orificii de aerisire, coșurile de fum în cel mai adevărat sens al cuvântului cresc în fața ochilor noștri. La ridicarea unei goluri« cutii" a unei cabane cu o suprafață de 100 de metri pătrați necesită aproximativ opt ore de muncă continuă.

Material de imprimare: amestec de beton

Colegii, astăzi vom vorbi despre durere!

Și anume cum unii vânzători de imprimante 3D încearcă să-ți vândă produsul lor prin cârlig sau prin escroc....

Mai întâi, să vorbim despre cele mai comune două tehnologii de imprimare 3D: DLP și SLA, acestea sunt cele mai comune imprimante 3D în stomatologie.

Pe piața stomatologică de astăzi, imprimantele care folosesc tehnologiile de imprimare DLP și SLA sunt cele mai populare, care este diferența dintre aceste două tehnologii?

Ambele (DLP și SLA) folosesc „plastic lichid” ca materie primă de imprimare, cu alte cuvinte, un fotopolimer care polimerizează și capătă o formă solidă sub influența radiațiilor UV.

Un pic de istorie:

Pionierii în dezvoltarea imprimării 3D dentare și în crearea unei game largi de polimeri biocompatibili sunt compania olandeză Nextdent, cunoscută anterior de toată lumea ca Vertex.

În această iarnă, văzând marele potențial al acestor materiale biocompatibile, Nextdent a fost cumpărat de părintele imprimării 3D, gigantul 3D, compania americană 3D Systems.

Obținerea certificării pentru materiale biocompatibile nu este ușoară, așa că fotopolimerii Nextdent sunt achiziționați de alte companii și vânduți sub diferitele lor mărci: Formlabs, Novux și altele.

Acum revenim la tehnologiile de imprimare 3D.

DLP. Principiul tiparirii:

Programul care vine cu imprimanta sparge obiectul imprimat în straturi cu o grosime dată.

Un fotopolimer (material de imprimare) este turnat în baia imprimantei cu fund transparent.

O masă de lucru se scufundă chiar în fundul băii, retrăgându-se de jos într-unul (primul) strat al obiectului nostru (în această „indentație” există un fotopolimer lichid).

Proiectorul situat sub cada proiectează imaginea primului strat pe fundul căzii, iar datorită radiațiilor UV, doar plasticul pe care a aterizat imaginea de la proiector îngheață.

Acesta este modul în care obiectul nostru imprimat crește strat cu strat, fie că este un model al maxilarului sau o coroană temporară. SLA. Principiul tiparirii: Principiul imprimării este similar, dar cu diferența că nu se proiectează întregul strat, ci un fascicul laser trece rapid prin fiecare punct al obiectului, care polimerizează fotopolimerul lichid (materialul)

Adesea, nu este ușor pentru un cumpărător să înțeleagă singur toate proprietățile unei imprimante 3D și ale materialelor acesteia, dar există un indicator clar după care se ghidează aproape toată lumea. Și, desigur, acest indicator este jucat în principal de vânzătorii de imprimante 3D.

Ați ghicit deja care este principalul argument pe care îl oferă atunci când vă vând imprimanta lor?

Precizie de imprimare!

Să ne ocupăm apoi de acest parametru popular, care este răsucit într-o direcție sau alta în mod intenționat sau din cauza incompetenței.

Precizia imprimării.

Acest parametru depinde de mulți factori, în plus, nu numai de imprimantă, ci și de material și mediu.

Cum depinde de material?

Cu cât materialul este mai opac (plin cu pigmenți și blocanți de lumină), cu atât produsele imprimate din acesta vor fi mai precise. Acest lucru se datorează absenței împrăștierii luminii în timpul imprimării și polimerizării materialului adiacent modelului.

Cum depinde de mediu?

Când imprimați cu fotopolimer, este important să controlați temperatura acestuia în timpul imprimării.

În timpul polimerizării, în imprimantele DLP se generează multă căldură.

Cum afectează temperatura ridicată imprimarea?

Foarte simplu, reacția chimică este accelerată și există prea multă lumină curentă pentru a polimeriza materialul.

Riscul de polimerizare a stratului limită al modelului crește (expunerea excesivă a plasticului), respectiv o creștere a dimensiunii acestuia, cu alte cuvinte, o pierdere a preciziei.

În imprimantele SLA, acest lucru nu este atât de înfricoșător, deoarece laserul are mai puțină putere (generează mai puțină căldură), volumul băii pentru material este de obicei mult mai mare (decât în ​​imprimantele DLP), ceea ce duce la faptul că fotopolimerul în baie se încălzește mai lent și nu există riscul de supraîncălzire.

De aceea imprimarea SLA durează puțin mai mult, dar nu prezintă riscuri de supraîncălzire și pierdere a preciziei, ca la imprimantele DLP.

Așadar, pentru a obține cel mai precis produs imprimat și este fierbinte în camera ta, controlează temperatura polimerului folosit.

Frig - de asemenea, nu cea mai bună opțiune deoarece este posibil ca suportul să nu aibă suficientă lumină, acesta nu va adera la masa de imprimare și va trebui să preîncălziți suportul și să începeți tot procesul de imprimare de la început.

Desigur, agitația cu materialul încălzit nu este foarte convenabilă!

Dar dacă imprimanta dumneavoastră are funcția de încălzire automată a materialului, nu va trebui să vă ocupați de ea manual.

1

Se are în vedere metoda de obținere a modelelor master (RP-prototipuri) prin sinteza strat cu strat pentru turnarea pe modele burn-out prin metoda sterolitografia folosind tehnologia Digital Light Processing. Se determină posibilitatea obținerii unor modele cu o structură celulară reglabilă internă sub forma unei celule elementare Wigner-Seitz tipice. Polimerul fotosensibil reticulat Envisiontec SI500 a fost utilizat ca materie primă. În această lucrare, a fost proiectat un model 3D de computer în format STL și a fost obținut un prototip, care este o carcasă umplută cu o structură celulară reglabilă. Se determină regimurile optime de iluminare și grosimea stratului iluminat al probei, cu ajutorul cărora se poate controla dimensiunile punților structurii celulare. Prezența în model a unei structuri sub formă de matrice de celule în viitor va reduce semnificativ cantitatea de material utilizată și va reduce presiunea asupra carcasei ceramice atunci când este îndepărtată.

procesarea digitală a luminii

modele de sinteză

structura de fagure

fotopolimer

model maestru

1. Vasiliev V.A., Morozov V.V. Producerea pieselor turnate din otel dupa modele fotopolimer prin arderea lor in matrita / Int. NTC " Probleme contemporane producția metalurgică”. sat. muncă. - Volgograd. 2002. - S. 336-337.

2. Vasiliev V.A., Morozov V.V., Shiganov I.N. Utilizarea metodelor de formare strat cu strat a obiectelor tridimensionale în producția de turnătorie// Vestnik mashinostroeniya. 2001. - Nr 2. - S. 4–11.

3. Evseev A.V. Formarea operațională a obiectelor tridimensionale prin stereolitografie laser [Text] / A.V. Evseev, V.S. Kamaev, E.V. Kotsyuba și alții // Sat. Procesele IPLIT RAS. – P. 26–39.

4. Zlenko M.A. Tehnologii aditive în inginerie mecanică [ Resursa electronica]: tutorial pentru universități în direcția de formare masterat „Mașini și echipamente tehnologice” / M.A. Zlenko, A.A. Popovich, I.N. Mutylin. [SPb., 2013] URL: http://dl.unilib.neva.ru/dl/2/3548.pdf

5. Zlenko M. Tehnologii de prototipare rapidă - sinteza strat cu strat a unei copii fizice pe baza unui model CAD 3D // CAD/CAM/CAE Observer. 2003. Nr. 2 (11). pp. 2–9.

6. Skorodumov S.V. Tehnologii de sinteză strat cu strat pentru crearea de modele tridimensionale pentru producția de semifabricate. // Buletin de inginerie mecanică. - 1998. - Nr. 1. - S. 20–25.

7.S.O. Onuh., Y.Y. Yusuf. Tehnologia de prototipare rapidă: aplicații și beneficii pentru dezvoltarea rapidă a produselor. // Jurnalul de fabricație inteligentă. 1999.V.10.PP. 301 - 311.

Sistemele moderne de proiectare computerizată 3D pot reduce semnificativ timpul și costurile cheltuite pentru dezvoltarea și proiectarea de noi piese. Trecerea la descrierea digitală a produsului - CAD și tehnologia RP rezultată (tehnologia RP de prototipare rapidă) a revoluționat industria de turnătorie, în special în industriile de înaltă tehnologie - aviație și aerospațială, industria nucleară, medicină și instrumentare.tehnologii tradiționale, utilizarea noilor metodele de obținere a modelelor de sinteză de turnare datorită tehnologiilor de sinteză strat cu strat a materialului fotopolimer au făcut posibilă reducerea radicală a timpului pentru crearea de noi produse, îmbunătățirea calității și acurateței pieselor turnate și reducerea respingerii.

Cel mai larg, prototipurile RP sunt utilizate ca modele de turnare de investiții în turnătorii pentru a produce piese metalice de înaltă precizie și complexe geometrice. Utilizarea modelelor RP ca modele de ardere în procesele de turnare face posibilă obținerea de turnări metalice complexe din punct de vedere geometric, cu o precizie de cel puțin 12 calitate și rugozitate a suprafeței de o medie de 7Ra. Cu toate acestea, utilizarea modelelor de sinteză (prototipuri RP) este adesea însoțită de fisurarea și distrugerea ulterioară a matriței de turnare în etapa de îndepărtare la temperatură ridicată a masei modelului.

Principalul motiv pentru distrugerea matrițelor ceramice în procesul de îndepărtare a modelului de injecție este asociat cu diferența dintre proprietățile termomecanice ale carcasei ceramice și materialul prototipului. Una dintre modalitățile de reducere a tensiunilor de contact dintre modelul de turnare și matrița ceramică în procesul de expunere termică este înlocuirea modelului monolitic cu un model de formă echivalentă, care este o carcasă cu umplutură celulară a cavității interne ca un cadru de susținere care previne pierderea stabilității carcasei din cauza tensiunilor reziduale. Proiectarea unor astfel de modele de sinteză include alegerea formei și a parametrilor geometrici ai celulei, care, pe de o parte, asigură nivelul minim de tensiuni de contact și, pe de altă parte, mențin parametrii de precizie specificați ai modelului polimeric. pe tot parcursul procesului de fabricare și turnare.

Scopul acestei lucrări este de a studia posibilitatea obținerii de prototipuri RP cu structură internă reglabilă sub formă de celule de tip Wigner-Seitz.

Materiale și metode de cercetare

Materialul de pornire este polimerul reticulat Envisiontec SI500, care este utilizat în procesul de stereolitografie. Pentru a obține prototipuri cu o structură internă reglabilă, am folosit în această lucrare proces tehnologic stereolitografia, a cărei schemă este prezentată în figura 1. Principala diferență față de stereolitografia clasică este îndepărtarea de la utilizarea unei scheme cu un laser pentru a iniția reacția de fotopolimerizare și înlocuirea acesteia cu mai multe videoproiectoare digitale care utilizează procesarea digitală a luminii (DLP) tehnologie. Dezvoltatorul acestei tehnologii este Enviziontec (Germania). Fotopolimerul acrilic este folosit ca material de pornire pentru crearea modelului. Esența procesului este utilizarea „mască” fiecărei secțiuni curente a modelului, proiectată pe platforma de lucru printr-un sistem special de oglinzi foarte mici folosind un reflector (conținând două lămpi cu luminozitate mare). Platforma după iluminarea stratului coboară exact la grosimea stratului următor în baia cu polimer lichid. Formarea și expunerea fiecărui strat la lumina vizibilă au loc relativ rapid. Aceasta explică viteza mare a modelelor de construcție (în medie, 1 cm pe oră în înălțime cu o treaptă de construcție de 50 µm).

Orez. 1. Schema de funcționare a unui aparat de stereolitografie folosind tehnologia DLP: 1 - proiector; 2 - fotomască; 3 - mecanism de aliniere a polimerului; 4 - baie cu polimer lichid; 5 - bază coborâtă; 6 - model polimer polimerizat

Când se folosește un pas de 25 μm, practic nu există trepte din straturi, tipice pentru toate tehnologiile de sinteză strat cu strat, pe modele. Această posibilitate face posibilă obținerea de produse cu o calitate superioară a suprafeței, cu o rugozitate de până la Ra0,1 și o precizie dimensională de până la 0,1 mm.

Rezultatele cercetării și discuții

Un Envisiontec Perfactory XEDE a fost folosit pentru a produce prototipuri cu o structură internă reglabilă. Au fost efectuate lucrări la modelarea unei probe, care este o înveliș cu o grosime de perete de 0,5 mm, umplută cu o structură celulară reglabilă (Fig. 3). Pentru a umple volumul intern al probei, a fost folosită o celulă unitară elementară Wigner-Seitz, care este o matrice în fișierul STL. Experimentele au fost efectuate la diferiți parametri ai timpului de expunere a probei fiecărui strat de polimerizare ulterior de la 6,5 ​​la 18 s.

Orez. 3. Model CAD al unui cub umplut cu structură de fagure

În urma lucrărilor efectuate s-a obținut un prototip cu o grosime a peretelui cochiliei de 0,5 mm, umplut cu o structură celulară din material fotopolimer SI500 (Fig. 4). Timpul de expunere al fiecărui strat este de 18 s (atât învelișul, cât și structura celulară cu grosimea punții de 0,5 mm).

Orez. patru. Prototip cu o structură celulară organizată

Prin variarea parametrilor de iluminare ai stratului de material polimerizant, este posibil să se obțină celule cu o grosime a punții în intervalul de dimensiuni de la 0,12 la 0,5 mm.

Concluzie

S-a stabilit posibilitatea tehnologică de dezvoltare a tehnologiei de obţinere a obiectelor geometrice complexe cu structură celulară reglabilă internă. Aplicarea potențială a acestei tehnologii este posibilă în industria de turnătorie și anume în turnarea pe modele arse. Prin înlocuirea unui model principal monolitic cu un model reprezentând o carcasă cu o structură internă reglabilă sub formă de celule, este posibilă reducerea presiunii compoziției modelului ars asupra matriței ceramice prin selectarea grosimii, formei și dimensiunii carcasei. celule.

Recenzători:

Sirotenko L.D., doctor în științe tehnice, profesor, Universitatea Politehnică Națională de Cercetare din Perm, Perm;

Khanov A.M., doctor în științe tehnice, profesor, Universitatea Politehnică Națională de Cercetare din Perm, Perm.

Link bibliografic

Şumkov A.A. CREAREA MODELELOR MAESTRE PRIN SINTEZA STRATULUI FOTOPOLIMER // Probleme moderne ale științei și educației. - 2015. - Nr. 2-1 .;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20538 (data accesului: 01.02.2020). Vă aducem la cunoștință revistele publicate de editura „Academia de Istorie Naturală”

Mulți bijutieri folosesc cu succes mașini de frezat controlate de software în munca lor, care măcina ceară pentru turnare și unele dispozitive - și imediat piese metalice. În acest articol, ne vom uita la imprimarea 3D ca alternativă și completare la acest proces.

Viteză

La crearea unei piese într-o singură copie, mașina de frezat CNC câștigă în viteză - freza mașinii se mișcă cu o viteză de până la 2000-5000 mm/min, iar acolo unde freza se poate descurca în 15 minute, imprimanta poate imprima piesa până la o oră și jumătate, uneori chiar mai mult.

Acest lucru este valabil, însă, numai pentru produsele simple și netede, precum verigheta de formă simplă și fără model, care nu necesită o calitate ridicată a suprafeței, deoarece. sunt ușor de lustruit rapid. Routerul taie produse complexe la fel de lent precum le imprimă o imprimantă 3D și adesea mai lung - timpul de procesare poate ajunge până la șase ore.

O fotografie @ FormlabsJp

Atunci când creați o serie de produse simultan, situația se schimbă dramatic - într-o singură trecere, imprimanta este capabilă să imprime o platformă completă de șabloane - aceasta este o platformă (de exemplu, imprimanta Form 2) 145x145 mm și se potrivesc acolo , in functie de marimea modelelor, pana la 35 de bucati. Cu o viteză de imprimare de 10-30 mm/oră (și se imprimă în straturi, imediat pe toată suprafața platformei), acest lucru oferă un avantaj vizibil față de router, care decupează doar un model la un moment dat - acesta este fie o piesă complexă, fie mai multe simple, plate, dintr-un semifabricat de ceară cilindric.

În plus, o imprimantă 3D poate imprima un arbore de modele pentru turnare deodată, fără a fi nevoie să o asamblați din semifabricate separate. Acest lucru economisește și timp.

O fotografie @ 3d_cast

Acuratețe și calitate

Precizia de poziționare a frezei în mașinile CNC ajunge la 0,001 mm, ceea ce este mai mare decât cea a unei imprimante 3D. Calitatea tratamentului suprafeței de către un router depinde și de dimensiunea frezei în sine, iar raza vârfului frezei este de cel puțin 0,05 mm, dar mișcarea frezei este setată programatic, de obicei este un pas de o treime sau jumătate din tăietor, respectiv - toate tranzițiile sunt netezite.

O fotografie @ ceară de om liber

Grosimea stratului la imprimarea pe Form 2, cea mai populară, dar departe de cea mai precisă imprimantă, și, prin urmare, precizia verticală, este de 0,025 mm, adică jumătate din diametrul vârfului oricărui cutter. Diametrul fasciculului său este de 0,14 mm, ceea ce reduce rezoluția, dar vă permite și să obțineți o suprafață mai netedă.

O fotografie @ landofnaud

In general, calitatea produselor obtinute pe o imprimanta fotopolimer si top mașini de frezat comparabil. În unele cazuri, pe forme simple, calitatea piesei frezate va fi mai mare. Cu complexitatea formelor, povestea este diferită - o imprimantă 3D este capabilă să imprime ceva pe care niciun router nu îl va tăia vreodată, din cauza limitărilor de proiectare.

Economie

Fotopolimerii utilizați în imprimantele stereolitografice sunt mai scumpi decât ceara obișnuită pentru bijuterii. Bucăți mari de ceară după router pot fi topite în noi semifabricate, deși acesta este și timp și pași suplimentari, dar și economii. Ceara măcinată iese mai ieftină, din punct de vedere al costului fiecărui produs de același volum.

Ceara nu este singura consumabilîn munca routerului, frezele se uzează treptat și necesită înlocuire, durează 1-2 luni de muncă intensă, dar acest lucru nu reduce foarte mult decalajul.

Munca frezei, în ceea ce privește costul produselor fabricate, este mai ieftină.

O fotografie @ 3DHub.gr

Comoditate și oportunități

Specificul frezei este de așa natură încât, chiar și pe o mașină cu cinci axe, freza este departe de a putea ajunge peste tot. Acest lucru îi obligă pe bijutieri să creeze modele compozite din mai multe piese, care apoi trebuie să fie lipite sau chiar prefinisate manual. O imprimantă 3D, pe de altă parte, este capabilă să imprime un model cu o formă arbitrar complexă, inclusiv cavități interne și îmbinări complexe, într-o singură trecere.

Cum se întâmplă asta

Modelele tipărite sunt lipite pe un butoi de ceară, apoi structura rezultată este turnată cu gips sau o soluție specială, după care forma finită este încălzită într-un cuptor și apoi umplută cu metal.

Materialul de ceară se arde fără reziduuri, permițând metalului să ocupe tot spațiul liber și să repete exact forma piesei de prelucrat.

Mai multe detalii:

1. Procesul de turnare începe cu imprimarea modelului și prelucrarea standard post-tipărire - piesa imprimată este separată de suporturi, spălată, supusă unei expuneri de întărire la lumină ultravioletă, dacă este necesar, ușor lustruită.

2. În plus, procesul este similar cu cel utilizat pentru turnare folosind șabloane convenționale. Blankurile sunt lipite de o poartă de ceară, care le va ține în poziția corectă și va crea un canal pentru distribuția metalului.

Dacă numărul și dimensiunea produselor permit, puteți sări peste acest pas - dacă imprimați produsele împreună cu sprue în ansamblu.

3. Sprue se fixează în balonul de turnare. Dacă balonul este perforat, orificiile trebuie închise, de exemplu, cu bandă de ambalare.

4. Soluția de umplere se amestecă în proporțiile specificate de producător.

Apoi se toarnă într-un balon cu un sprue înăuntru. Se toarnă cu grijă pentru a nu deteriora modelul și pentru a nu muta bradul.

5. Balonul este plasat într-o cameră cu vid timp de cel puțin 90 de secunde pentru a elimina tot aerul din soluție. Apoi este transferat într-un loc ferit de vibrații, pentru o solidificare rapidă.

6. Recipientele de turnare sunt introduse într-un cuptor, rece sau încălzite la 167ºC, iar temperatura este crescută treptat până când plasticul modelelor este complet ars.

Preîncălzire - preîncălzire.

Introduceți balonul - puneți balonul în cuptor.

Rampă - ridică (modifică) temperatura.

Țineți - mențineți temperatura (exemplu: 3h = 3 ore)

7. La finalizarea acestui proces, metalul este turnat în matriță.

8. După turnare, matrița este răcită, materialul de umplutură este spălat.

9. Rămâne doar să îndepărtați produsele finite, să le separați și să lustruiți ușor.

Fotografii cu produse create de Top3DShop:

Concluzii:

Ambele tehnologii au avantajele și dezavantajele lor. Dacă atelierul de bijuterii are deja Mașină de frezat CNC, atunci va face față majorității sarcinilor pentru fabricarea de copii unice. Mai mult, dacă se fac doar copii unice și nu foarte des, atunci mașina câștigă aici și în viteză.

Dacă nu există nicio sarcină de dezvoltare a producției, creșterea volumului de muncă, cifra de afaceri a fondurilor, creșterea nivelului de complexitate al produselor, atunci o imprimantă 3D va fi doar o povară financiară suplimentară.

Odată cu creșterea ritmului și volumului de lucru, odată cu introducerea constantă de noi modele, avantajele unei imprimante 3D vor deveni imediat vizibile, în producția de masă, diferența de viteză este serioasă. Imprimanta este dificil de supraestimat în prototipurile rapide și producția de loturi de semifabricate.

Dacă întreprinderea îndeplinește ambele tipuri de comenzi - atât unice, cât și în serie, va fi mai eficient și mai rentabil să aveți ambele dispozitive în fermă, pentru diferite tipuri de muncă, acestea se vor completa organic.

Echipamente

Formularul Formlabs 2

Tehnologie: SLA

Camera de lucru: 145 x 145 x 175 mm

Grosimea stratului: 25-100 microni

Focalizare laser: 140 µm

Putere fasciculului: 250 mW

Preț: 320.000 de ruble

Form 2 este o imprimantă 3D stereolitografică compactă care se potrivește cu ușurință pe desktop.

Datorita acuratetii sale (25-100 microni), este foarte populara printre ortodontii si bijutierii, deoarece este capabila sa imprime multe produse intr-o singura sedinta.

O fotografie @ FormlabsJp

Un fotopolimer pentru imprimarea modelelor arse costă 46.000 de ruble pentru un cartuş de 1 litru.

3D Systems Project MJP 2500

Tehnologie: MJM

Camera de lucru: 295 x 211 x 142 mm

Rezoluție: 800 x 900 x 790 dpi

Grosimea stratului: 32 microni

Preț: 3.030.000 de ruble

Imprimantă multijet de la 3D Systems, concepută pentru imprimarea semifabricatelor turnate cu materiale VisiJet și a pieselor funcționale cu materiale plastice.

MJP este inferior imprimantelor stereolitografice în ceea ce privește compactitatea - este mult mai mare și nu poate fi plasat pe un desktop, dar acest lucru este compensat de viteza de imprimare și de o zonă de lucru mai mare.

3D Systems ProJet MJP 3600W Max

Tehnologie: MJM

Camera de lucru: 298 x 183 x 203 mm

Rezoluție: până la 750 x 750 x 1600 DPI

Grosimea stratului de la: de la 16 µm

Precizie de imprimare: 10-50 microni

Preț: 7.109.000 de ruble

ProJet 3600W Max este o versiune îmbunătățită a ProJet 3500 CPX, o imprimantă 3D specializată pentru imprimarea ceară turnată. Acestea sunt imprimante 3D industriale folosite in fabrici in functionare continua, cu o platforma mare si performante ridicate. Imprimantele acestei serii folosesc tehnologia modelării multi-jet (Multi Jet Modeling, MJM), care mărește viteza de lucru și permite utilizarea materialelor VisiJet special concepute pentru aceasta.

Tehnologie: DLP (procesare digitală a luminii)

Zona de imprimare: 120×67,5×150mm

Grosimea stratului: 25-50 µm (0,025/0,05 mm)

Rezoluție: 62,5 µm (0,0625 mm)

Preț: de la 275.000 de ruble

Hunter este o nouă imprimantă 3D DLP de la Flashforge. DLP este o tehnologie stereolitografică care folosește un proiector în loc de un laser.

Această tehnologie are avantajele ei - imprimarea DLP este mai rapidă și este capabilă să ofere detalii deosebite la scară ultra-mică. Pe de altă parte, proiecția DLP constă din pixeli, dacă aveți nevoie de o suprafață perfect netedă, este mai bine să alegeți o imprimantă SLA, de exemplu, Form 2.

Flashforge ​Hunter DLP 3D este compatibil cu a treia generație de rășini stereolitografice, care oferă utilizatorului o gamă largă de materiale de imprimare.

Imprimanta folosește un modul DLP cu design propriu al producătorului, ale cărui caracteristici sunt optimizate special pentru imprimarea 3D. Această componentă are o precizie liniară mai mare decât DLP-ul convențional conceput pentru videoproiectoarele de consum.

Wanhao Duplicator 7 v1.4

Tehnologie de imprimare: DLP, 405nm

Viteza maximă de imprimare: 30 mm/oră

Suprafata maxima de printare: 120x68x200 mm

Rezoluție: 2560x1440 pixeli pe strat

Precizie: 0,04 mm

Grosimea stratului: 0,035-0,5 mm

Greutate: 12 kg

Preț: 35 900 de ruble.

Wanhao Duplicator 7 este o imprimantă fotopolimer ieftină pentru a încerca stereolitografia. Dezavantajele acestui model sunt stabilitatea scăzută, rezoluția scăzută și problemele cu repetabilitatea out-of-the-box.

O fotografie @