Podstawowe zasady doboru i projektowania obudów Wykład 15

Transkrypt

1 Podstawowe zasady doboru i projektowania obudów Wykład 15

2 Zadania pełnione przez obudowę Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi Ochrona użytkownika Zabezpieczenie przed zakłóceniami Zapewnienie chłodzenia urządzenia Zapewnienie ergonomii użytkowania Zapewnienie estetycznego wyglądu 2

3 Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi Obudowa stanowi ramę montażową dla elementów urządzenia Chroni urządzenie przed dostępem czynników takich jak wilgoć i zanieczyszczenia Zapewnia całkowitą lub częściową ochronę na czynniki mechaniczne przewidziane przez projektanta 3

4 Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi Zasady Obudowa powinna posiadać odpowiednią sztywność i wytrzymałość mechaniczną, dostosowane do warunków, w których urządzenie ma być użytkowane Materiał, z którego ma być wykonana obudowa powinien charakteryzować się odpowiednią odpornością na wpływy środowiska (odporność mechaniczna, termiczna, odporność na promieniowanie UV, wilgoć itp.) 4

5 Zapewnienie ochrony urządzenia przed uszkodzeniami mechanicznymi Zasady Montaż elementów urządzenia powinien wykluczać wszelkie ruchy i wyginanie, które nie zostały przewidziane w projekcie. Elementy ruchome powinny posiadać ograniczenia stopnia ruchomości (jeśli ma to sens) Liczba punktów montażowych elementów powinna być adekwatna do masy elementu i przeciążeń na niego działających 5

6 Zabezpieczenie przed zakłóceniami Obudowa zabezpiecza urządzenie przed zakłóceniami (zakłócenia radiowe, ładunki elektrostatyczne itp.) pochodzącymi z zewnątrz lub z innego bloku urządzenia Ponadto obudowa chroni otoczenie przed zakłóceniami emitowanymi przez urządzenie 6

7 Zabezpieczenie przed zakłóceniami Zasady W przypadku potrzeby zapewnienia ochrony przez zakłóceniami ochronę taką może pełnić dobrze zaprojektowana obudowa Obudowa ekranująca powinna być wykonana z metalu lub wyposażona w ekran z folii aluminiowej lub napylonej warstwy przewodzącej Ekranowanie powinno mieć zapewnioną szczelność 7

8 Ochrona użytkownika Obudowa stanowi częściową lub całkowitą ochronę użytkownika przed Wysokimi napięciami Wysokimi temperaturami Promieniowaniem elektromagnetycznymi, rentgenowskim itp. Ruchomymi lub ostrymi częściami mechanicznymi, mogącymi spowodować obrażenia 8

9 Ochrona użytkownika Zasady Ochrona użytkownika może być zrealizowana przez Właściwości izolacyjne samej obudowy Odpowiedni montaż elementów urządzenia, np. stosowanie izolatorów, powłok izolacyjnych, barier mechanicznych (osłon) Stopień ochrony nie powinien się zmieniać, jeśli nastąpiła zmiana warunków użytkowania w zakresie przewidzianym w projekcie 9

10 Zapewnienie chłodzenia Obudowa zapewnia chłodzenie urządzenia przez Otwory wentylacyjne Zapewnienie dobrych warunków cyrkulacji powietrza wewnątrz urządzenia Wymuszony (np. wentylatorem) ruch powietrza Pełnienie roli radiatora 10

11 Zapewnienie chłodzenia Zasady Rozmiar i ilość miejsca wewnątrz obudowy powinny być uzależnione od ilości wydzielanego przez urządzenie ciepła W przypadku braku możliwości usunięcia ciepła za pomocą naturalnej cyrkulacji, należy stosować wymuszony ruch powietrza W przypadku obudowy metalowej może ona zostać wykorzystana jako element wymiany ciepła (radiator) 11

12 Zapewnienie chłodzenia Zasady Najwyższa temperatura danego elementu układu wewnątrz obudowy przewidziana w projekcie nie powinna być przekroczona w żadnych warunkach dopuszczonych w specyfikacji Temperatury występujące w układzie nie powinny wpływać na żywotność urządzenia i utrudniać jego użytkowania 12

13 Zapewnienie ergonomii Obudowa stanowi bazę montażową urządzenia, zapewnia jego spójność Obudowa zapewnia wygodę użytkowania urządzenia, dostęp do najczęściej wykorzystywanych jego elementów (elementy interfejsu użytkownika, złącza itp.) Umożliwia montaż urządzenia na stanowisku roboczym 13

14 Zapewnienie ergonomii Zasady Urządzenie powinno być wygodne w obsłudze i użytkowaniu Wzajemne położenie elementów interfejsu użytkownika, gniazd i innych elementów nie powinno utrudniać dostępu do nich i korzystania z nich Rozmieszczenie wyżej wymienionych elementów powinno być optymalne pod kątem liczby ruchów i czasu potrzebnego do wykonania konkretnych czynności, głównym kryterium powinny być częstość korzystania z nich i stopień skomplikowania ich obsługi 14

15 Zapewnienie estetyki Obudowa zapewnia estetyczny wygląd urządzenia, ukrywa przed użytkownikiem wewnętrzną konstrukcję urządzenia (choć zdarzają się wyjątki) Ułatwia utrzymanie czystości 15

16 Zapewnienie estetyki Zasady Staranne wykonanie mechaniczne obudowy i dopracowanie jej elementów Reszta to kwestia gustu 16

17 Materiały Materiały na obudowy urządzeń amatorskich 17

18 Najpopularniejsze materiały Najpopularniejszymi materiałami, z których wykonane są obudowy urządzeń amatorskich to Tworzywa sztuczne (PE, ABS itp.) Metale (stal, miedź, mosiądz, aluminium) Laminaty Drewno (drewno lite, sklejka, płyty wiórowe i laminowane) 18

19 Tworzywa sztuczne Zalety Łatwość obróbki Dostępne kolory Niska waga Odporność na wodę Łatwość klejenia Właściwości izolacyjne Cena 19

20 Tworzywa sztuczne Wady Niska wytrzymałość mechaniczna Zwykle podatność na podwyższoną temperaturę, promieniowanie UV i działanie rozpuszczalników Często mało estetyczny wygląd (tekstura, widoczne rysy itp.) 20

21 Laminaty Zalety Łatwe w obróbce Bardzo wytrzymałe Odporność na temperaturę, wilgoć, UV i rozpuszczalniki 21

22 Laminaty Wady Wygląd Niektóre przewodzą prąd Cena 22

23 Metale Zalety Dość łatwa obróbka Wytrzymałość Estetyka Bardzo dobre przewodnictwo cieplne Odporność na temperaturę i promieniowanie UV Właściwości ekranujące 23

24 Metale Wady Zachowanie estetyki wymaga bardzo ostrożnej obróbki Przewodnictwo prądu Słaba odporność większości metali na wilgoć i działanie agresywnych środków chemicznych Cena 24

25 Drewno Zalety Estetyka Cena Dostępność Właściwość izolacyjne Odporność na temperaturę 25

26 Drewno Wady Bardzo słaba odporność na wilgoć i działanie agresywnych środków chemicznych Trudna i skomplikowana obróbka, gdy liczy się estetyka 26

27 Druk 3D Podstawy druku 3D 27

28 Technika druku 3D Stereolitografia (SLA) polega na utwardzaniu warstwa po warstwie żywicy promieniem lasera Fused Deposition Modelling (FDM) polega na nakładaniu warstwa po warstwie cienkiej warstwy roztopionego tworzywa za pomocą dyszy z małym utworem Laminated Object Manufacturing (LOM) polega na tworzeniu modelu z warstw papieru i laminatu poliestrowego połączonych razem. Pokryty klejem papier jest wycinany za pomocą lasera 28

29 Technika druku 3D Dalsze slajdy poświęcone będą najpopularniejszej technice druku 3D, czyli FDM Zostanie też omówiona drukarka wykorzystująca tą metodę: HBOT 3D 29

30 Budowa drukarki 3D Drukarka 3D do druku FDM składa się z dwóch zasadniczych elementów: Głowicy drukującej (karetki) z podgrzewaną dyszą i mechanizmem podawania filamentu, poruszającej się zwykle w osiach XYZ Powierzchni roboczej (stołu), zwykle podgrzewanego i ruchomego w osi Z 30

31 Budowa drukarki 3D Podczas druku głowica porusza się w płaszczyźnie poziomej, w małej odległości ( mm) nad drukowanym obiektem i nakłada cienką warstwę roztopionego tworzywa Po wykonaniu jednej warstwy, stół opuszcza się o grubość jednej warstwy, przygotowując miejsce na kolejną 31

32 Budowa drukarki 3D W trakcie druku z dużą prędkością ważną rolę spełnia wbudowany w głowicę system chłodzenia wydruku, umożliwiający szybkie utwardzenie wydrukowanej warstwy i zapobiegający deformacji wydruku Aby uniknąć odklejania się wydruku od stołu pod wpływem kurczenia i naprężeń w stygnącym wydruku, powierzchnia stołu jest podgrzewana do temperatury kilkudziesięciu stopni 32

33 Głowica drukarki HBOT 3D 33

34 Materiały do druku 3D ABS - akrylonitrylo butadieno styren, produkowane na bazie ropy naftowej tworzywo sztuczne, topiące się w temperaturach C. Opary szkodliwe dla zdrowia. Wydruk ma matową powierzchnię i mało nasycony kolor, ale bardzo dobrze się obrabia i łatwo poddaje klejeniu. Podczas druku wykazuje dużą kurczliwość i z tego powodu wymaga podgrzewania stołu do ok. 70 C 34

35 Materiały do druku 3D PLA poliaktyd, biodegradowalne tworzywo uzyskiwane ze skrobi. Topi się w temperaturze C, wydzielając niewielką ilość mało szkodliwych oparów. Wykazuje niską kurczliwość, dzięki czemu nie wymaga podgrzewanego stołu. Wydruki gładkie i błyszczące, o żywych i intensywnych kolory. Trudny w obróbce, dość kruchy, trudny do klejenia. Dość odporny na działanie rozpuszczalników. 35

36 Zalety i wady druku 3D Zalety Szybki sposób na przygotowanie prototypowej części, obudowy itp. Niski koszt materiałów Niski koszt jednostkowy wydruku Dostępne materiały do druku w różnych kolorach 36

37 Zalety i wady druku 3D Wady Długi czas pojedynczego wydruku Stosunkowo niewielka wytrzymałość mechaniczna wydruku Ograniczona rozdzielczość wydruku Konieczność stosowania podpór podczas druku pogarsza jakość wydruku (problem z usunięciem pozostałości podpór) Większość drukarek pozwala tylko na wydruki monochromatyczne Ograniczony rozmiar wydruku 37

38 Problemy podczas druku 3D Podczas drukowania 3D użytkownik może napotkać liczne problemy. Najczęstsze to Odklejanie się wydruku Pęknięcia filamentu Zapchanie dyszy Deformacje wydruku 38

39 Problem z odklejaniem się wydruku W niektórych przypadkach (duży wydruk, nietypowy kształt wydruku, mała powierzchnia styku z blatem stołu, użyty materiał itp.) może dochodzić do odklejania wydruku, mimo podgrzewania stołu. Aby temu zapobiec, stosuje się dodatkowe środki 39

40 Problem z odklejaniem się wydruku Powierzchnię stołu należy pokryć warstwą środka klejącego: dla ABS może to być rozpuszczony w rozpuszczalniku ABS, dla PLA: klej do papieru lub kalafonia rozpuszczona w spirytusie Dodatkowo programy do generowania plików z danymi do wydruku pozwalają zwykle dodać cienką warstwę zerową wokół obiektu, zwiększającą powierzchnię styku ze stołem 40

41 Problemy z pękającym filamentem Pękanie filamentu może mieć kilka przyczyn Wada fizyczna filamentu, zwykle związane ze słabą jakością Nieprawidłowe przechowywanie filamentu, nieodpowiednia temperatura lub wilgotność Nieprawidłowe obchodzenie się z filamentem, np. nadmierne wyginanie podczas przewijania lub montażu w drukarce Problemy techniczne drukarki, zwykle związane z kształtem toru podawania filamentu lub mechanizmem podawania w głowicy 41

42 Problem zapychania się głowicy Zapychanie się głowicy może być spowodowane Zmianą filamentu z ABS na PLA Niedostateczną czystością filamentu Obecnością spalonego filamentu w głowicy, np. po pracy drukarki bez filamentu w podajniku Nieprawidłową temperaturą roboczą głowicy 42

43 Problemy z deformacjami wydruku Deformacje wydruku mogą wystąpić w następujących wypadkach Nieodpowiednia prędkość podawania filamentu w stosunku do prędkości ruchu głowicy i grubości warstwy Nieprawidłowa temperatura robocza Brak lub niedostateczna liczba podpór Kurczenie się materiału podczas stygnięcia Problemy z powtarzalnością ruchów głowicy 43

44 Zasady projektowania modeli do druku Podczas przygotowywania modelu do druku 3D dla drukarki SLA należy pamiętać o kilku zasadach: Należy unikać powierzchni nie mających podparcia nawet podpórki nie gwarantują poprawnego wydruku takich powierzchni. Obiekt należy położyć na stole taką stroną, żeby powierzchni bez podparcia było jak najmniej Powierzchnia styku wydruku ze stołem powinna gwarantowąć otrzymanie pionowej pozycji przez wydruk w czasie drukowania 44

45 Zasady projektowania modeli do druku Drobne elementy, zwłaszcza o skomplikowanych kształtach mają wytrzymałość nieproporcjonalnie mniejszą niż duże elementy o takim samym kształcie. Wynika to ze specyfiki metody SLA i stosunkowo małej precyzji drukarki Należy uwzględnić precyzję drukarki i wynikające z tego możliwe różnice w wymiarach oraz potencjalne deformacje powstałe w procesie druku Użycie cienkiej warstwy znacznie wydłuża czas druku, ale gwarantuje lepszą jakość 45

46 Przygotowanie drukarki Lista czynności podczas druku 3d Instalacja filamentu Test drożności dyszy Sprawdzenie kalibracji stołu roboczego Pokrycie powierzchni stołu środkiem poprawiającym przyczepność wydruku Rozpoczęcie druku 46

47 Popularne formaty danych do druku: STL Format STL jest triangulacyjnym przedstawieniem geometrii powierzchni w przestrzeni trójwymiarowej. Każda powierzchnia podzielona jest na szereg małych trójkątów, których każdy wierzchołek opisany jest przez 3 punkty reprezentujące ich położenie względem poszczególnych osi współrzędnych. 47

48 Popularne formaty danych do druku: G-code G-code jest to język zapisu poleceń dla urządzeń CNC. W przypadku drukarki 3D plik G-code zawiera opisy operacji dla każdej warstwy osobno. Przykłady poleceń G-code G1 X? Y? Z? E? F? Ustawienie poszczególnych osi drukarki (X, Y, Z) oraz przewinięcie filamentu do wskazanej pozycji (E) z prędkością F. Prędkość jest wyrażona w mm/min G28 Powrót do pozycji 0 G92 E0 Zresetowanie licznika zużycia filamentu 48

49 Popularne formaty danych do druku: G-code M140 S? Ustawienie temperatury stołu na S C i kontynuacja pracy M190 S? M104 S? Ustawienie temperatury stołu na S C i wstrzymanie pracy aż temperatura zostanie osiągnięta Ustawienie temperatury dyszy na S C i kontynuacja pracy M109 S? Ustawienie temperatury dyszy na S C i wstrzymanie pracy aż temperatura zostanie osiągnięta UWAGA: Znak zapytania w poleceniu reprezentuje wartość liczbową 49

50 Popularne programy wykorzystywane podczas druku 3d Slic3r program służący do konwersji plików 3D (np. STL) do listy poleceń G-code. Pozwala na konfigurację wielu parametrów, dodawania podpór, warstw poprawiających przyczepność wydruku do stołu itp. 50

51 Popularne programy wykorzystywane podczas druku 3d SketchUp - prosty program do modelowania 3D, dostępny w wersji freeware, akademickiej i profesjonalnej 51

52 Popularne programy wykorzystywane podczas druku 3d Blender zaawansowany darmowy program do tworzenia grafiki 3D, zarówno statycznych obiektów jak i animacji. Umożliwia eksport do formatu STL 52