8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
1/46
Inované technológie. Rýchlezhotovovanie prototypov a nástrojov.
Reverzné inžinierstvo.
Ing. Róbert Drlika, IWE
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
2/46
Rapid prototyping
§ technológie, automatizujúce proces výroby trojrozmernýchcelistvých objektov z pôvodných materiálov,
§ rýchla, náklady šetriaca výroba modelov, vzoriek,prototypov priamo na základe súborov vytvorených vmodelovacích CAD systémoch bez použitia foriem anástrojov,
§ tvarovanie nie postupným odoberaním, ale pridávanímmateriálu,
§ vytváranie súiastok po vrstvách, aj tvarovo zložitésúiastky,
§ STL # SLI (3D geometria rozložená na priene rezydefinovanej výšky).
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
3/46
Rapid prototyping
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
4/46
Využitie RP
§ vizualizácia,§ zmena tvaru (postupná, iterácie),§ prototypovanie všeobecných tvarov (vizualizácia/výroba
komplexných objektov),
§ skúšky zapasovania objektu, príp. obalu,§ odhad nákladov, asu a prostriedkov,§ plánovanie procesu,§ by$ prvý na trhu,§ rýchla výroba (súbežné innosti),
§ JIT (žiadne zásoby),§ rýchle zhotovovanie nástrojov / žiadne nástroje (trend v
technológií).
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
5/46
Typy prototypov
§ konštrukné (geometria, montáž),
§ prototypy dizajnu,
§ funkné prototypy,
§ technické prototypy.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
6/46
Výhody RP
§ nástroje (žiadne),§ výroba bez prerušenia (na montáž a pod.),§ as,§ presná reprezentácia dizajnu,§ flexibilita (zmeny, pridávanie parametrov, zväšovanie-
zmenšovanie),§ zariadenia,§ ekonomika,§ istá, bezpená prevádzka,
§ používate%sky prívetivé.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
7/46
Metódy Rapid prototypingu
Viac než 30 rôznych, komer né využitie:§ Stereolitografia (SL),§ Solid Ground Curing (SGC),§ Selective Laser Sintering (SLS),
§ Fused Deposition Modeling (FDM),§ Laminated Object Manufacturing (LOM),§ Direct Shell Production Casting (DSPC),§ 3D Plotting,§ Ballistic Particle Manufacturing (BPM),§ Multi Jet modeling.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
8/46
Stereolitografia
§ model slúži pre výrobu nástroja alebo formy,§ materiál modelu umož&uje až leštenie,§ umož&uje výrobu vysoko presného modelu,§ asto používaná pre data-control-model.
Princíp:- vytvrdzovanie fotopolyméru laserovým lúom pod%a CAD dát,- zdvižná doska ponorená v tekutom fotopolymére zabezpeuje
spracovanie po vrstvách,- modely s presahujúcimi as$ami je možné vytvára$ bez podpier,
- znane presahujúce s tenkostennými %ahko odstránite%nýmipodperami,- nakoniec vytvrdenie v UV peci, povrchová úprava, farbenie,
leštenie, príp. otryskávanie mäkkým materiálom.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
9/46
Stereolitografia
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
10/46
Stereolitografia
KVAPKA
Spojenie nasledujúcichkvapiek tvorí obrys avýpl& tuhej vrstvy
Min. 30% kvapiek sa prekrýva
nadväznos$ vrstiev
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
11/46
Stereolitografia
Výhody:- masívny materiál,- dobrá povrchová drsnos$,- ve%ký stavebný objem,- vysoká presnos$ (0,05 mm),- najlepší RP proces pre nepriamu výrobu nástrojov,- rozvinutý proces.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
12/46
Stereolitografia
Nevýhody:- nákladné a obmedzené materiály,- krehké dielce,- vidite%né vrstvy,- horšia kvalita boných plôch,- potrebné vytvrdzovanie,- fotopolymér potenciálne škodlivý ŽP,- citlivos$ fotopolymérov na teplotu/vlhkos$ (skladovanie,
stroj, výtlaok).
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
13/46
Solid Ground Curing
§ vytvrdzovanie vrstiev fotopolymérovej živice prudkým impulzomUV žiarenia cez negatívnu fotomasku v celej vrstve naraz,
§ maska vytváraná xerograficky (elektrostatický prenos farby),Postup:
1. nanesenie vrstvy fotopolyméru v aplikátore,2. presné zapolohovanie súiastky a masky v ožarovacej komore,3. ožiarenie UV svetlom po otvorení uzávierky,4. odstránenie nevytvrdenej živice odsávaním,5. zaplnenie vo%ných priestorov voskom,
6. vytvrdenie vosku dotykom dosky ochladzovacej nádrže,7. zarovnanie vosku a živice frézovacou hlavou,8. opakovanie procesu, nakoniec vytavenie/rozpustenie vosku.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
14/46
Solid Ground Curing
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
15/46
Solid Ground Curing
Výhody:
§ nie je potrebné dodatoné vytvrdzovanie,
§ zložitos$ súiastky neovplyv&uje rýchlos$ výroby,
§ nižšie vnútorné napätia a deformácie bez vytvrdzovania,
§ postupy výroby nie sú od seba navzájom závislé,
§ nie sú potrebné podperné štruktúry,
§ poškodené vrstvy je možné ihne( po zistení odfrézova$ anahradi$,
§
viac rovnakých súiastok je možné vyrába$ súasne.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
16/46
Solid Ground Curing
Nevýhody:
§ zvýšenie viskozity fotopolymérov pri ožiarení UV # $ažképoužitie pri vytváraní ve%mi vystupujúcich astí súiastky,
§ cena používaných fotopolymérov,
§ nutnos$ použitia hermeticky uzavretej komory (toxické látky),
§ výrobné zariadenie je ve%mi ve%ké, hluné a nákladné na údržbu(špeciálne vyškolený odborník),
§ malý výber použite%ných vstupných materiálov pre súiastky,
§ nevyhnutnos$ odstráni$ vosk po vytvorení prototypovejsúiastky.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
17/46
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
18/46
Selective Laser Sintering
§ využíva laser na roztavenie a vytvrdenie práškového materiálu,
§ sústava 2 valcov s protibežne pohybujúcimi sa piestami,
§ práškový materiál zo zásobného valca do pracovnéhodopravuje a v pracovnom roz$ahuje a utláa valec,
§ po vytvrdení vrstvy laserom sa postup opakuje až dodokonenia súiastky,
§ nadbytoný prášok sa odstráni, súiastku je možné finalizova$,
§ nie sú potrebné podperné štruktúry, pretože súiastka je vpráškovom lôžku,
§ rýchlos$ výroby porovnate%ná so stereolitografiou, kvalita plôchnižšia (= zvýšenie asu na dokonovanie),
§ materiál je pórovitý, môže by$ infiltrovaný iným materiálom.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
19/46
Selective Laser Sintering
§ prášok sa udržiava blízko teploty tavenia, tavenie laserom jerýchlejšie, pri nižších výkonoch,
§ komora je plnená dusíkom ako prevencia výbuchu,§ je možné spracova$ rôzne materiály (aj nízkotavite%né kovy,
špeciálne polyamidy, so sklenenou výpl&ou, polymérompovleený oce%ový prášok) – je možné aplikova$ za$aženie.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
20/46
Selective Laser Sintering
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
21/46
Selective Laser Sintering
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
22/46
Selective Laser SinteringVýhody:
§ lacný a zdravotne neškodný materiál,
§ široký výber materiálov: vosk pre vyplnenie dutín, polymér-nylonpre prototypové súiastky,
§ nie je potrebná podperná štruktúra,§ zníženie možnosti deštrukcie od vnútorných napätí.
Nevýhody:
§ drsná plocha po konenej úprave (schodový efekt),
§ pórovitos$ súiastky,
§ prvá vrstva potrebuje vhodne upravenú plochu pre zníženietepelných úinkov,
§ rozdielna hustota v rôznych astiach súiastky,
§ zmeny materiálu vyžadujú istenie výrobného zariadenia.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
23/46
Selective Laser Sinteringmateriály:§ polyamid,§ PA so sklom,§ PA + Al,
§ PrimeCast,§ polystyrén,§ kovy:
§ konštrukné elementy ()Tt),§ spojivo – taviaci sa materiál:
§termoplastické polyméry,§ nízkotavite%né zliatiny,
§ me(.
§ spekané „kosti“ – špeciálna keramika
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
24/46
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
25/46
Fused Deposition Modeling
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
26/46
Fused Deposition ModelingVýhody:
§ ve%ká rozmanitos$ použitých materiálov a ich %ahká zámena,
§ ve%ké prototypy môžu by$ vytvorené z rôznych materiálov,
§ nízke náklady na údržbu,
§ nízka cena prototypov,§ rýchla tvorba tenkostenných súiastok,
§ proces nevyžaduje riadenie lovekom,
§ nepoužívajú sa toxické látky,
§ nízka teplota poas výrobného procesu,
§ súiastky je možné (alej mechanicky dokonova$ a povrchovoupravova$.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
27/46
Fused Deposition ModelingNevýhody:
§ trhlinky medzi jednotlivými vytvorenými vrstvami,
§ pretláacia dýza musí by$ v neustálom pohybe,
§ požadujú sa podperné konštrukcie,
§ väšie plochy v reze si vyžadujú dlhší as na ich tvorbu,§ kolísanie teploty v priebehu výroby môže vies$ k odvrstveniu.
Základné materiály:
- ABS (akrylonitril/butadién/styrén) – funkné prototypy a modely,
- ABSi – metylmetakrylát ABS – umož&uje sterilizáciu a použitie v
medicíne,- elastomér E20 – tam, kde je potrebná pružnos$ súiastky – napr.
tesnenia a pod.
- vosk ICW06 – rýchla výroba modelov pre metódu vytavite%néhomodelu
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
28/46
Fused Deposition Modeling
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
29/46
Laminated Object Manufacturing§ podobné laminané metódy:
§ Thick Layer Lamination (Stratoconception – F),§ Precision Stratiform Machining (Ford Research – USA),§ Adaptive Layer Lamination (Landfoam Topographics – USA).
§ priene rezy sú vyrezávané z povlakovaného papiera (plastu,
dreva, plechu) laserom,§ plastický povlak sa natavuje prechodom zohriateho laminaného
valca,§ materiál na odstránenie sa šrafuje, narezáva, aby ho bolo možné
%ahko odstráni$ po vytvorení súiastky,§ presnos$ a povrch nie sú tak dobré ako pri iných metódach, ale
pripomínajú drevo a dajú sa tak opracova$,§ proces je uzavretý v komore, vyvíja sa znané množstvo plynov,
ktoré treba filtrova$.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
30/46
Laminated Object Manufacturing
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
31/46
Selective Adhesive and Hot Press
§ na vyrezávanie vrstiev sa využíva ostrá epe%, na spájanie lepidláa xerografické procesy,
§ na nanášanie adhezívneho tonera sa využíva bežná laserovátlaiare& a bežný tlaiarenský papier,
§ papier po výstupe z tlaiarne pritlaí na predchádzajúcu vrstvuzohrievaná doska.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
32/46
Selective Adhesive and Hot Press
Výhody:
§ využíva bežne dostupné zariadenia pre zobrazovanie – laserovútlaiare&, hárkový papier,
§ pomerne ve%ké prototypy je možné zhotovi$ z papiera.
Nevýhody:§ ve%kos$ zariadenia je obmedzená ve%kos$ou dostupných
laserových tlaiarní,
§ potreba pravidelnej výmeny epele,
§ papier je citlivý na vlhkos$.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
33/46
TDP/DSPC
Three Dimensional Printing/Direct Shell Production Casting
§ používa sa na priamu výrobu keramických jadier a škrupín navýrobu odliatkov,
§ podobný princíp ako SLS, namiesto spev&ovania laseromvstrekuje multidýza tekuté spojivo.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
34/46
TDP/DSPC
Výhody:
§ lacná a rýchla metóda,
§ možnos$ vytvárania ve%mi zložitých tvarov,
§ vhodná pre príruné užívanie,
§ z vyrobených modelov sa môžu zhotovi$ formy na výrobuodliatkov,
§ je možné vyrába$ farebné modely.
Nevýhody:
§ používaných základných materiálov je málo, sú netechnického
charakteru,§ ve%mi $ažká spodná as$.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
35/46
BPM
Ballistic Particle Manufacturing
§ piezoelektrický vstrekovací systém pre nanášanie mikroskopickýchkvapiek roztaveného adhezíva,
§ vyžaduje podperné konštrukcie,
§
tlaová dýza je polohovaná v 5 osiach, kvapky 0,05 mm, 12500kvapiek za minútu,
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
36/46
Solidscape
Metóda Solidscape (obdoba FDM):
§ dve tlaové hlavy (dýzy):§ pre základný materiál (plastický materiál),
§ pre podporný materiál (vosk).
§ po vyformovaní sa povrch zarovnáva frézovaním na potrebnúhrúbku,
§ ak procesná kontrola zistí chybu, odfrézuje sa vrstva a nanesieznova,
§ po dokonení sa roztaví podperný voskový materiál,
§ výhody a nevýhody podobné ako FDM, je presnejšia, ale pomalšia.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
37/46
Ink-Jet Printing
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
38/46
Nové RP metódy
§ Laser Engineered Net Shaping – výroba kovových prototypov ,
§ koncepcia kontrolovanej automatickej výroby (DesCAF):§ podobne ako SGC je obmenou stereolitografie,
§ fotopolymér je ožiarený a vytvrdený naraz cez masku,
§ na generovanie masky využíva štandardnú laserovú tlaiare&.
§ Quadra System: metóda založená na fotopolyméroch, nanáša sazákladný aj podperný materiál súasne,
§ priame nanášanie kovových vrstiev:§ striekaním,
§ zváraním,
§ pomocou šablóny,§ tavenie vrstiev kovového prášku.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
39/46
LENS
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
40/46
Rapid Tooling
§ Rapid Soft Tooling – vytvorenie negatívnej silikónovej formyzaliatím stereolitografického modelu, po vytvrdení silikónu sarozreže
§ Rapid Bridge Tooling – priame použitie priemyslených plastov,možnos$ vytvorenia niklokeramického povlaku vo vnútri dutiny,
výroba keramickej negatívnej formy priamo zo stereolitografickéhomodelu,
§ Rapid Hard Tooling: po vytvorení silikónovej formy zostereolitografického modelu sa vytvorí model zo špeciálnej zmesiepoxidu a oce%ového a hliníkového prášku, vo vypa%ovacej peci sa
epoxid vytaví a prášok speie – trvanlivejší model ako klasickyobrobený.
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
41/46
Reverzné inžinierstvo
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
42/46
Reverzné inžinierstvo
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
43/46
Reverzné inžinierstvo
n Kontaktné metódy:
¡ analógové(spojité) CMM-CNC
¡ bod-bod CMM -ramená
Poda použitej technológie snímania
§ dotykové§ bezdotykové:
- optické- laserové- ultrazvukové
- röntgenové§ deštruktívne§ multisenzorová technika
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
44/46
Reverzné inžinierstvo
n Bezkontaktné
metódy:n štruktúrované
svetlo
n laserový lú
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
45/46
Reverzné inžinierstvo
Multisenzorová technikaa) mechanický sníma b) mikrosonda c) laserd) obrazu e) autofokus f) werth 3D Patch
8/17/2019 8p Rapid Prototyping RE.unlocked
46/46
Reverzné inžinierstvo
Porovnanie referenného modelu a naskenovanéhomodelu s íselným a farebným vyhodnotením rozmerových odchýlok