Rapid%20Prototyping

1
Rapid Prototyping
2
Historie

• V 80. letech minulého století byla vyvinuta
  1.metoda RP stereolitografie
• Cíl - vytvorení MODELU v krátkém case a nejvyšší
  kvalite !!!

3
POUŽITÍ

• výroba modelu - Rapid Modeling
• výroba nástroju a prípravku - Rapid Tooling
• kusová a malosériová výroba - Rapid Manufacturing

4
Výhody Rapid prototyping

• zrychlení vývoje výrobku
• snížení nákladu
• zlepšení kvality
• výroba jinak nevyrobitelných výrobku
• výroba náhradních dílu pri letech do kosmu

5
RP umožnuje overit

• funkci
• design
• ergonomii
• už v etape vývoje

6
Použité materiály

• tekuté
• práškové
• polymerní
• papírové

7
RP podle výrobního postupu

• Vrstvy se pridávají s použitím laseru
• s vytvrzováním bod po bodu
• s vytvrzováním po vrstvách
• Vrstvy se pridávají bez použití laseru
• s vytvrzováním bod po bodu
• s vytvrzováním po vrstvách

8
Stereolitografie
9
Princip metody

• 3D pocítacový model se prevede do príslušného
  formátu (nejcasteji STL)
• data se nactou do speciálního softwaru Rapid
  Prototyping
• virtuální (pocítacový) model je rozrezán rezy s
  nastavením tlouštky jednotlivých vrstev
• navrhnou se podpory

10
Schéma streolitografie

• 1 laser
• 2 - pracovní hlava laseru
• 3 - systém pro posuv
• nosné desky
• 4 - nosná deska
• 5 - pracovní vana
• 6 - CNC rídicí systém
• 7 fotopolymer
• 8 podložka
• 9 - vyrábená soucást

11
Zarízení pro stereolitografii
12
Stereolitografie

• 1.technologie Rapid Prototyping
• Nejpresnejší výroba modelu, prototypu a složitých
  výrobku
• Aditivní zpusob výroby
• zkracuje výrobní casy složitých modelu

13
Aditivní zpusob výroby

• Adice slucování, pridávání materiálu
• k vytvorení žádaného tvaru materiál neubíráme
  (jako napr.u soustružení), ale naopak
  PRIDÁVÁME!!!
• obrábení naruby ?

14
Príklady použití
15
Proces výroby

1. Vytvorení 3D pocítacového modelu
2. Vytvorení pracovního STL programu
3. Vlastní stereolitografický proces
4. Vytvrzení výrobku v UV peci
5. Dokoncovací operace

16
1. Vytvorení 3D modelu

• Model výrobku vytvoríme v 3D CAD/CAM systému
• Model získáme skenováním z pocítacového tomografu
  CAT
• Model pomocí 3D merících prístroju

17
2.Vytvorení pracovního programu

• 3D model se ve forme souboru je prenesen do
  príslušného softwaru stereolitografického
  programu
• program pripraví model k vlastnímu procesu výroby
  vytvorí pracovní program s príponou .STL
• celý model je rozrezán" na stejné vrstvy
• tmin 0,05 mm

18
3.Vlastní proces stereolitografie

• Laser generuje (vytvárí) ultrafialový paprsek
• Laser vykresluje plochy jednotlivých vrstev, címž
  se materiál vytvrzuje
• Pohyb laseru je rízen stereolitografickým
  programem
• Po vytvrzení jedné vrstvy platforma klesá a
  proces se opakuje

19
4.Vytvrzení výrobku v UV peci

• Dojde k osušení a zpevnení výrobku

20
5.Dokoncovací operace

• Povrchová úprava
• je možné aplikovat plnivo, barvivo
• vyleštit nebo otryskat povrch
• dosažené hodnoty drsnost 1 až 2 µm
• Presnost setiny mm
• Presnost 0,05-0,2mm/100mm

21
Použité materiály

• Fotopolymery - materiály reagující na svetlo
  vytvrzením
• akrylátové nebo epoxidové pryskyrice

22
Použití stereolitografie

• Složité výrobky s vnitrními dutinami a složitými
  detaily
• modely pro slévárenství
• náhrada napr. voskového modelu
• modely pro lékarství a letecký prumysl

23
Použité lasery

• argonový (Ar)
• heliumcadmiový (HeCd)
• pevnolátkový NdYAG laser

24
Nevýhody

• pomalé vytvrzování polymeru
• u nekterých materiálu malá tepelná odolnost

25
Cásti stereolitografického zarízení

• Pracovní komora
• Laserové zarízení
• Rídící systém

26
Pracovní komora

• Je tvorena zdvihovým zarízením a nádobou na
  tekutý plast
• Nádoba obsahuje epoxidovou pryskyrici
• pohybuje se v ní platforma základovová deska

27
Laserové zarízení

• generuje laserový paprsek, vykreslující rovinné
  rezy.Po dokoncení rezu se zdvihové zarízení
  posune o predem definovaný posuv
• opticko-laserový systém je složen z plynového
  nebo pevnolátkového laseru, cocek a soustavy
  zrcadel, které slouží k usmernení paprsku

28
Rídící systém

• Pocítac je v rídící jednotce - rídí celý proces
• pocítacový model je programem rozrezán na plátky
  a nahrán do stereolitografu
• software pracuje na multiplatforme PC Hawlet
  Packard, Silikon Graphics, kde dojde k rozmístení
  na pracovni plochu stereolitografu

29
Schéma stereolitografie
30
PODPORY

• Model musí zaujmout na platforme nejvhodneší
  polohu
• Nejvhodnejší polohu zajistíme podporami
• Podpory musí být umísteny tak, aby se daly po
  celém procesu odstranit
• Po vytvrzení všech vrstev se model vyjme z podpor
  a následuje ocištení a vytvrzení
• v UV komore

31
Zarovnávací nuž

• Po každém vytvrzení jednotlivé vrstvy nuž zarovná
  hladinu pryskyrice, aby byla dosažena stejná
  tlouštka další vrstvy.

32
Použití stereolitografie

• Výroba složitých modelu k získání predstavy o
  celkovém provedení a tvaru
• ke kontrole designu navrhovaného objektu
• Možnost vybrat z konkurencních návrhu ten
  nejlepší
• výroba forem a nástroju
• k simulacím namáhání, proudení atd.

33
Príklady výrobku
34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
Sintering
37
Schéma sinteringu
38
schéma
39
Schéma zarízení sinteringu

• 1 laser
• 2 zrcadlo
• 3 - válec pro dopravu prášku materiálu
  obrobku
• 4 - zásobník prášku
• 5 - pracovní komora
• 6 - vyrábená soucást

40
Selective Laser Sintering(SLS)

• Modely jsou velmi pevné
• Využívá spékání prášku pomocí CO2 laseru
• Prášek je nanášen po vrstvách na nosnou desku v
  inertní atmosfére (dusík nebo argon)

41
Princip

• laserem se materiál spece nebo roztaví a ztuhne
• okolní neosvícený materiál tvorí nosnou
  konstrukci podporu
• vyrábí se po vrstvách
• po vytvorení jedné vrstvy se nosná deska sníží
• od 0,02 mm do nekolika desetin milimetru

42
Použité materiály

• jakýkoliv prášek, který se pusobením tepla taví
  nebo mekne
• termoplasty - polyamidy, polyamidy plnené
  skelnými vlákny, polykarbonáty, polystyreny
• speciální nízkotavitelné slitiny z niklových
  bronzu
• ocelové prášky

43
Druhy SLS

1. Laser - Sintering Plastic
2. Laser - Sintering Metal
3. Laser - Sintering Formsand
4. Laser - Sintering Ceramic
5. Laser Micro Sintering
6. 3-D Laser Cladding

44
1.Laser - Sintering Plastic

• pri metode lití místo ztraceného vosku
  použijeme polystyren
• Nylonové soucásti - vynikající mechanické
  vlastnosti - tvrdost, houževnatost, teplotní
  odolnost
• Modely vhodné pro funkcní zkoušky nebo testy
  stupne lícování

45
2. Laser - Sintering Metal

• používají se speciálne vyvinuté kovové prášky.
• Soucásti jsou pevné a mechanicky odolné
• formy pro plastové výlisky - vstrikováním nebo
  lisováním

46
3.Laser - Sintering Formsand

• speciálne upravený slévárenský písek
• jeho vytvrzováním vytvoríme klasickou
  pískovou formu pro lití

47
4.Laser - Sintering Ceramic

• Používá keramický prášek spojovaný pomocí
  tekutého pojiva
• Pojivo se nanáší Ink-Jet tryskovou hlavou
• Vyrábí se formy a jádra pro presné lití

48
5.Laser Micro Sintering

• Používá wolframový prášek
• Pro spékání prášku používá NdYAG laser
• Soucást tvorí vrstvy o tlouštce 0,03 mm
• kvalita povrchu méne než Ra 1,5 µm

49
3-D Laser Cladding

• tavení kovového prášku laserem
• povlakování
• v inertního atmosfére
• výroba soucástí letadel
• titanové, niklové, kobaltové a hliníkové slitiny
• náhrady kycelních kloubu - prášekTi6Al4V

50
Výrobní zarízení

• Skládá se ze
• zásobníku prášku - pomocí zvedacího pístu a válce
  je prášek dopraven k místu vytvrzení
• Optické soustavy - laser pres optickou soustavu
  vytvrdí urcitou plochu, poté se o tlouštku vrstvy
  posune základna dolu a proces pokracuje
• Základna platforma je na ní umísten výrobek

51
Model výrobek

• Model je umísten v nevytvrzeném prášku
• není zapotrebí podpor
• Po vytvrzení musí prášek vychladnout,
• Z duvodu ochrany jakosti povrchu je komora
  naplnena inertním plynem (dusíkem)

52
Laminated Manufacturing
53
Laminated Object Manufacture (LOM)

• Metoda založena na vrstvení lepivého materiálu
• Soucást je vytvárena ze speciálních plastových
  fólií nebo z mnoha vrstev papíru napuštených
  zpevnující hmotou
• Jednotlivé vrstvy jsou oríznuty do správného
  tvaru CO2 laserem

54
Vlastnosti výrobku

• jako drevené
• rucní opracování pro hladký
• vhodné pro velkých soucástí
• nevýhodou velký odpad

55
Schéma LOM

• 1 laser
• 2 zrcadlo
• 3 role fólie
• 4 nosná deska
• 5 vyhrívané prítlacné
• válce

56
LOM Vrstvení lepivého materiálu

• vrstvení fólie(papír) a lepící hmoty(PE)
• materiál je odvíjen na nosnou desku
• laser vytvorí požadovaný tvar
• tlakem vyhrívaného válec se vrstvy spojí
• zbytek fólie se navine válec
• nosná deska klesá a proces se opakuje

57
(No Transcript)
58
Fused Deposition Modelling
59
Fused Deposition Modelling

• princip 3D tiskárny

60
Schéma zarízení pro FDM

• 1 tryska
• 2 systém podávání drátu
• 3 zásobník drátu
• 4 obrobek
• 5 nosná deska
• 6 pracovní komora

61
Fused Deposition Modeling

• Nanášení vlákna termoplastu tavením
• nepoužívá laser!
• Soucást se tvorí nanášením vrstev z termoplastu
  (polyamid,polyetylen)nebo vosku
• soucást nevyžaduje žádné obrábení
• FDM pracuje vetšina 3D tiskáren

62
PRINCIP

• vlákno vychází z vyhrívané trysky
• Ohrev je o 1 C vyšší, než teplota tavení
• Vlákna se spojují a vytvárejí ultratenkou vrstvu
  - hned tuhne
• nosná deska s plastem se po nanesení vrstvy sníží
• Na precnívajících cástech je nutné vytvorit
  podpory z lepenky nebo polystyrenu

63
Príklady výrobku FDM
64
Príklady výrobku FDM
65
Schéma 3D tiskárny
66
Firma Bibus Brno 3D tisk
67
3D tiskárny
68
postup
69
Popis stroje
70
Výhody FDM

• nehlucný provoz
• umístení v kancelári
• funkcní modely
• minimální odpad
• podpory jen vylomíme

71
Nevýhody FDM

• Omezená presnost
• Pomalý proces
• Možnost smrštení modelu

72
Vytvrzování UV lampou
73
Princip SGC Ground Curing SGC

• vytvrzování fotocitlivého tekutého polymeru
• celá vrstva je zde vytvárena najednou!!
• na jedno osvícení UV lampou
• Osvícení se provádí pres sklenenou masku
• Výroba probíhá ve dvou soucasne probíhajících
  cyklech

74
1.KROK

• osvícení polymeru pres MASKU
• Osvícený polymer ztvrdne
• Neosvícený zustane tekutý a je odsáván
• vzniklý meziprostor se vyplní voskem

75
2.KROK

• povrch vytvorené vrstvy se ofrézuje na
  požadovanou výšku
• nanáší se další vrstva tekutého polymeru
• Vosk zustane v dutinách soucásti jako podpurná
  konstrukce
• Vosk se chemicky odstranení (kyselinou
  citronovou)

76
Schéma zarízení SGC
77

• 1 obrobek
• 2 fotopolymer
• 3 vytvrzování UV
• 4 negativní maska
• 5 odstranení prebytecného fotopolymeru
• 6 fréza
• 7 nanášení vrstvy vosku

78
Ballistic Particle manufacturing (BPM)

• nástrik kapek termoplastu
• princip inkoustových tiskáren
• kapky jsou vystrelovány z tlakové hlavy na
  pracovní plochu a tam vytvrzeny
• nanášením dalších kapek se vyrobí celá
• nejsou nutné podpory

79
Vývoj Rapid Prototyping

• materiály s lepšími mechanickými vlastnostmi
• plasty plnené skelnými, uhlíkovými nebo
  kevlarovými vlákny, keramika a kovy
• zvyšování presnosti a kvality výrobku
• snížení ceny zarízení
• zrychlení a automatizace
• úspora materiálu i energie