Drukarki 3D. Rapid prototyping - czyli szybkie wytwarzanie prototypów.

Drukarki 3D Rapid prototyping - czyli szybkie wytwarzanie prototypów.

Drukarki 3D Na całym świecie stosuje się dzisiaj oprogramowanie CAD za pomocą którego, projektanci tworzą dokładne wizualizacje swoich pomysłów. Metody te stosowane są niemal we wszystkich branżach - przemyśle motoryzacyjnym, elektronice, medycynie, stomatologii oraz w wielu innych. Dzisiaj nie do przyjęcia jest rozpoczęcie produkcji nowego typu samochodu czy choćby podeszwy do buta bez utworzenia jego wcześniejszej wizualizacji na komputerze. Obecnie jednak samo oglądanie prototypów na ekranie komputera to nie maksimum możliwości współczesnej technologii. Dzięki postępowi technologii nowo zaprojektowany obiekt można przenieść z wirtualnej rzeczywistości do realnego świata. Mówiąc w skrócie możemy go wydrukować! A wszystko to za pomocą technologii zwanej szybkim prototypowaniem.

Rapid prototyping zasada działania, historia Rapid prototyping (szybkie prototypowanie) - jest to zbiór technik wykorzystywanych do tworzenia fizycznych obiektów na podstawie ich modeli sporządzonych w programie typu CAD 3D. Proces tworzenia modeli oparty jest na technice addytywnej polega on w bardzo dużym skrócie na łączeniu ze sobą kolejnych cienkich warstw tworzonego obiektu. Tutaj właśnie ujawnia się ogromna przewaga omawianej technologii nad jej głównym konkurentem czyli obróbki skrawaniem, popularnie nazywanej toczeniem. W przeciwieństwie do obróbki skrawaniem (w której obiekty wykrawane są z obracającej się wokoło własnej osi bryły) za pomocą drukarek 3D utworzyć możemy obiekty o skomplikowanej strukturze wewnętrznej. Pierwsze rozwiązania typu Rapid Prototyping były stosowane już w latach 80. XX wieku. Wtedy jednak dostępna była metoda zwana stereolitografią. Obecnie mamy do dyspozycji wiele technik szybkiego prototypowania. Każda z nich ma swoje wady i zalety o której przeczytać można w dalszej części prezentacji.

Szybkie prototypowanie schemat ogólny 1. Przygotowanie, za pomocą oprogramowania typu CAD 3D, pliku zawierającego cyfrowy opis przedmiotu. 2. Przeniesienie przygotowanego pliku do maszyny kształtującej. 3. Dobór odpowiedniej orientacji przestrzennej obiektu, po to aby zapewnić mu stabilność podczas wytwarzania. 4. Zapewnienie możliwości odprowadzenia materiału roboczego z wewnętrznych komór przedmiotu. 5. Cyfrowy obraz przedmiotu zostaje wirtualnie pocięty na przekroje, w sposób zgodny z wybraną technologią kształtowania. 6. Określenie ostatecznych rozmiarów tworzonego obiektu, grubości warstw oraz rodzaju materiałów z jakich wykonane zostaną poszczególne elementy. 7. Po ukształtowaniu obiektu usuwa się resztki substancji roboczej, mogące zalegać w wewnętrznych komorach przedmiotu. 8. Przy przedmiotach w których liczą się walory estetyczne na stworzony obiekt może zostać naniesiony lakier. 9. Ewentualne szlifowanie i polerowanie przedmiotu.

Zalety szybkiego prototypowania Modele wytworzone za pomocą technik szybkiego prototypowania umożliwiają minimalizację kosztów związanych z produkcją prototypowych modeli. Minimalizują koszt związane z ewentualnymi poprawkami. Umożliwiają bardzo szybkie (w stosunku do tradycyjnych technik) stworzenie prototypów.

Wady szybkiego prototypowania Wysoki koszt zakupu urządzeń kształtujących. Ograniczony rodzaj dostępnych materiałów do produkcji modeli. Ograniczenia gabarytowe porototypów.

Szybkie prototypowanie zastosowania ogólne W przemyśle np. do tworzenia modeli samochodów. W medycynie oraz stomatologii do tworzenia wstępnych projektów różnego rodzaju implantów. W automatyce możliwość niemal natychmiastowego testowania modeli. W tworzeniu produktów konsumenckich możliwość poddania projektu ocenie konsumentów już na etapie testów. Projektowanie inżynieryjne możliwość fizycznego sprawdzenia opracowywanej koncepcji już we wczesnej fazie projektowania.

Główne rodzaje metod kształtowania przyrostowego Zależnie od rodzaju modelu który musimy wykonać, jego przeznaczenia czy wymaganej dokładności do wyboru mamy różne metody kształtowania przyrostowego. Główne z nich to : Stereolitografia STL Selektywne spiekanie laserowe Druk 3D

Stereolitografia STL Jest to najstarsza a zarazem jedna z najdokładniejszych metod kształtowania przyrostowego. Polega na obrysowywaniu kolejnych przekrojów poziomych modelu, przy wykorzystaniu promienia lasera, na platformie stopniowo zanurzanej w wannie wypełnionej fotopolimerem. Pod wpływem światła laserowego, dochodzi do polimeryzacji i utrwalenia substancji blisko powierzchni roztworu. Po obrysowaniu każdej kolejnej warstwy, platforma jest obniżana dokładnie o grubość wytworzonej powierzchni, a cały proces powtarza się, aż do uzyskania całego produkowanego elementu.

Selektywne spiekanie laserowe SLS Selektywne spiekanie laserowe jest jedną z najdokładniejszych metod kształtowania przyrostowego. W komorze wypełnionej proszkiem metalowym lub termoplastycznym panuje temperatura nieco niższa od jego temperatury topnienia. Ciągła wiązka laserowa dużej mocy (50-100 W) spieka punktowo proszek, po czym jest nanoszona jego kolejna warstwa i laser wykreśla kolejny przekrój. Materiał wydrukowanej w ten sposób bryły może być porowaty. W takich sytuacjach stosuje się dodatkowo nasączanie substancją wzmacniającą (np. Brązem). Spiekanie powoduje, że w przypadku większych i bardziej skomplikowanych modeli proces schładzania może trwać nawet do dwóch dni.

Osadzanie topionego materiału FDM Technologia ta polega na doprowadzeniu do poruszającej się w trzech wymiarach głowicy, włókna z materiału termoplastycznego podgrzanego do stanu półpłynnego. Materiał roboczy nanoszony jest punktowo, warstwami. Proces ten odbywa się w komorze o temperaturze zbliżonej do tmp. topnienia czynnika roboczego. Metoda ta jest cicha i łatwa do przeprowadzenia w warunkach biurowych. Przedmioty wykonane w tej technologii cechują się niższą jakością wykonania powierzchni niż w przypadku stereolitografii oraz większą wytrzymałością od tych wyprodukowanych za pomocą druku 3D.

Druk 3D Drukarki 3D są stosunkowo niewielkie (najmniejsze są rozmiarów kserokopiarki), ciche i dość tanie. Materiałem roboczym jest proszek (metalowy, ceramiczny, polimerowy) lub substancja ciekła. Głowica równoramiennie rozprowadza materiał roboczy, na który (wewnątrz każdego przekroju) nanosi się następnie spoiwo, punktowo niemal tak jak drukarki atramentowe. Gotowy element jest wygrzewany, proszek spaja się a spoiwo znika. Powierzchnie mogą, ze względu na porowatość, wymagać szlifowania.

Praktyczne zastosowania szybkiego wytwarzania prototypów Piękny samochód prawda? Do projektowania tego najnowszego Mercedesa klasy C, niemiecki producent po raz pierwszy w swojej historii zastosował technologie szybkiego wytwarzania prototypów. Kompletny model samochodu w wirtualnej przestrzeni zajmował niebagatelną ilość 2130 GB czyli tyle ile w przybliżeniu zajmowało by 3,2 tys. filmów.

Praktyczne zastosowania szybkiego wytwarzania prototypów U dołu model podeszwy wydrukowany za pomocą metody druku 3D, natomiast u góry gotowy but.

Przykładowe maszyny służące do szybkiego wytwarzania prototypów Przykładowa Drukarka 3D

Przykładowe maszyny służące do szybkiego wytwarzania prototypów Urządzenie służące do wytwarzania modeli za pomocą technologii SLA czyli Stereolitografii.

Przykładowe maszyny służące do szybkiego wytwarzania prototypów Urządzenie służące do wytwarzania modeli za pomocą technologii SLS - Selektywne spiekanie laserowe.

Źródła z których korzystałem http://www.konstrukcjeinzynierskie. pl/prototypowanie_i.htm http://pl.wikipedia.org/wiki/rapid_prototyping http://www.ithink. pl/artykuly/aktualnosci/nowinkitechnologiczne/rapid-prototypingstereolitografia-czyli-wydrukuj-sobie-model/ Magazyn Wiedza i Życie artykuł pod tyt. Druk 3D nr. 3/2009

Dziękuje za uwagę Mateusz Biernatek kl. 4 Ti