Ceea ce este posibil este realizabil.
Mao Zedong
Mai recent, procesul de creare a prototipurilor de produse a fost extrem de lung - până la câteva săptămâni sau chiar luni, dar progresul nu a fost anulat, iar acum prototipare rapidă, sau tehnologia 3D de imprimare care vă permite să creați rapid modele de aproape orice obiect. Un astfel de lucru ca un prototip digital, obținut prin proiectarea 3D-modele într-o varietate de sisteme CAD, este acum foarte puțini oameni sunt surprinși.
Principiul general al funcționării acestor dispozitive este construirea unui model pe straturi. Modelul digital obținut din 3D-CAD este împărțit în straturi subțiri subțiri prin software și trimis la imprimantă. Imprimanta construiește sau, așa cum se spune, crește stratul de model după strat până când este complet terminat. Astfel, din punct de vedere tehnologic, diferite sisteme RP diferă în principal prin metoda de a construi un strat plat, materialul folosit și, bineînțeles, grosimea unui singur strat.
Se crede că toate sistemele RP într-un fel sau altul utilizează tehnologia de sinteză a aditivilor - modelul este obținut prin adăugarea de straturi individuale între ele. Din acest punct de vedere, tehnologia de prelucrare este substractivă, deoarece, pentru a obține produsul final, materialul în exces este îndepărtat din piesa de prelucrat. Prin urmare, unul dintre principalele avantaje ale sistemelor rapide de prototipare este posibilitatea de a construi modele cu o geometrie complet arbitrară. Putem rupe un model de absolut orice formă în straturi și, spre deosebire de prelucrare, timpul și costul de fabricație vor fi determinate numai de dimensiunile modelului și nu de geometria sa (Figura 1).
Imprimantele objet sunt ideale pentru testarea designului și construcției de produse. Datorită grosimii stratului de 16 microni, prototipurile sunt cât se poate de apropiate de modelul computerului, ceea ce face posibilă evaluarea cu adevărat a produsului proiectat. Suprafețele netede, o precizie ridicată (până la câteva microni), grosimea minimă posibilă a elementelor vă permit să obțineți rapid și ușor prototipurile ideale ale produsului viitor.
Tehnologie de imprimare 3D
Imaginați-vă că ați dezvoltat un model tridimensional al unui produs nou, de exemplu un telecomandă TV. Pentru ao reproduce, ar trebui să transferați desenele din sistemul CAD către tehnicieni înainte, apoi să pregătiți formularul sau alte echipamente pentru acest produs - numai atunci puteți crea primul prototip al consolei. Datorită tehnologiilor moderne de prototip 3D, astăzi este suficient să traduceți modelul creat în formatul dorit și apoi să îl trimiteți la imprimare, iar în câteva ore veți primi un prototip gata făcut (figura 2). Imprimantele Objet utilizează două tehnologii principale dezvoltate de companie - PolyJet și PolyJet Matrix. Să examinăm fiecare dintre aceste tehnologii în detaliu.
Tehnologia proprietății Objet PolyJet este o creștere non-laser a modelului peste straturile de fotopolimeri acrilici vindecați cu ultraviolete (Figura 3). Această tehnologie este construită pe baza celor mai recente realizări mondiale în domeniul mecanicii de precizie, electronicii, chimiei fotopolymerilor și software-ului în domeniul 3D. O caracteristică distinctivă a tehnologiei este construirea unui model de straturi ultra-subțiri cu o grosime de numai 16 μm. În timpul construcției, fiecare strat de fotopolimer lichid este aplicat de un bloc de capete de imprimare și este întărit instantaneu de lumina UV. După aceasta, tava cu modelul este coborâtă până la 16 microni și se aplică următorul strat. Pentru a umple golurile, imprimanta folosește un suport auxiliar, care după imprimare este ușor de îndepărtat cu apă.
Materialul pentru imprimare este furnizat în cartușe sigilate, înlocuirea cărora nu este mai complicată decât într-o imprimantă convențională. Imprimanta în sine este conectată la o rețea computerizată convențională, pentru a pregăti tava pentru imprimare și a le trimite la imprimare, software-ul Objet Studio este utilizat cu o interfață intuitivă de utilizator.
Tehnologia PolyJet Matrix este dezvoltarea tehnologiei PolyJet de bază. Unicitatea sa constă în faptul că permite imprimantei să utilizeze două materiale de bază în cazul modelelor în creștere (Figura 4). Folosind această tehnologie, cea mai nouă imprimantă Connex 500 (Figura 5) nu poate numai să imprime simultan un model din diferite materiale în diferite părți, dar și să obțină noi materiale în zbor direct în procesul de tipărire. Sistemul Material Material permite proiectantului să specifice materiale cu proprietăți mecanice diferite, de exemplu duritate și rezistență, pentru diferite noduri de model. Aceste materiale sunt obținute printr-o combinație de două tipuri de bază care se găsesc în cartușele imprimantei. În procesul de tipărire, imprimanta construiește o rețea tridimensională cu două materiale de bază în volumul modelului, ceea ce face posibilă producerea compozitelor cu proprietățile specificate. În prezent, Connex 500 este singura soluție din lume în domeniul imprimării 3D, care permite simultan utilizarea mai multor materiale într-un singur model. Compania Objet a primit cu desăvârșire câteva premii prestigioase pentru perfecțiunea tehnică pentru această imprimantă.
Dacă te duci pe tehnologia aparatului la problemele de funcționare de zi cu zi, atunci se pune întrebarea - ce scară echipamentul în sine, fie o cameră separată și personalul necesar pentru ea? În acest sens, compania Objet linia de 3D imprimante sunt foarte mulțumiți de oportunitățile oferite. În primul rând, ei înșiși dispozitivele în mărime în comparație cu biroul de obicei, camera foto construirea unui model tridimensional al izolat, ceea ce înseamnă că din dispozitivul nu vine radiații dăunătoare, cartuș sigilate cu materialul sunt, de asemenea, în cadrul sistemului - toate acestea vă permite să utilizați 3D-imprimantă într-un birou obișnuit, fără a aloca spații suplimentare. Operatorul trimite un model de imprimare, schimbați cartușul cu materialul, dacă este necesar, scoateți modelul finit. În timpul imprimării, este necesară intervenția operatorului, imprimanta poate lucra pe timp de noapte, la sfârșit de săptămână și de sărbători. Chiar procesul de trimitere de imprimare este atât de simplu încât se poate ocupa orice angajat, de exemplu, designerul care a creat modelul în 3D-CAD. Imprimanta software este compatibilă cu orice sistem 3D-CAD din inginerie.
Spectrul de aplicare al Objet a 3D-imprimante este destul de mare, variind de la medicina (transplant, protezare, stomatologie, chirurgie maxilo-facială (fig. 6)), proiectare, dezvoltare, ambalare, arhitectura, inginerie și terminând cu producția de bijuterii (fig. 7). Dacă vorbim despre inginerie, atunci putem identifica următoarele domenii.
Vizualizare sau modelare conceptuală
Aceasta este una dintre cele mai frecvente moduri de utilizare a oricărei imprimante tridimensionale. Abilitatea de a trece rapid și ușor dintr-un model în 3D-CAD la un prototip care poate fi păstrat în mână este greu de supraestimat. Datorită tehnologiei PolyJet, obțineți modele cu o excelentă calitate a suprafeței și un transfer fin de piese mici (Figura 8). În imprimantele Objet este posibil să se utilizeze o varietate de materiale, variind de la polimeri translucenți și polipropilenă, incluzând materiale dure din diferite culori și finisate cu materiale elastice cu un coeficient de deformare ridicat înainte de rupere. Prototipurile prototip sunt ușor lipite, vopsite în orice culoare, pot fi acoperite cu un strat subțire de nichel sau crom folosind tehnici de galvanizare sau depunere în vid. Materialul transparent poate fi vopsit în vrac. Toate acestea vă permit să obțineți rapid un prototip, care nu va fi diferit de produsul final, nu numai în aspect, ci și în contact. Aceste capabilități ale imprimantei 3D sunt utilizate pe scară largă pentru pregătirea probelor demonstrative pentru clienți și expunerea la expoziții.
Verificarea colecției
Datorită calității excelente a construcției de modele și a preciziei ridicate, prototipurile realizate pe imprimantele 3D Objet sunt foarte convenabile pentru testarea colectării de noi produse (figura 9). Modelul digital de pe computer este trimis direct la imprimantă, influența factorului uman în producerea prototipului este redusă la zero. După câteva ore de model gata, designerul poate fi sigur că dacă sunt descoperite erori, atunci acestea sunt erorile care au apărut în timpul dezvoltării și nu în fabricarea prototipului.
Testarea funcțională
Această testare a prototipurilor în aceleași condiții în care va funcționa produsul final. Fiecare întreprindere pune diferite sarcini pentru testare, deci este foarte dificil să identificăm câteva puncte comune. Din experiența noastră, prototipuri cultivate pe imprimante OBJET testate cu succes cu diferite lichide pentru studiul caracteristicilor hidrodinamice, sunt suflate în tunelul de vânt și prototipuri în plus, sunt crescute antenele complexe, care sunt acoperite cu metal, și apoi măsurat caracteristicile lor etc. Aceasta este o direcție foarte importantă de utilizare a prototipurilor, care devin din ce în ce mai solicitate.
Fără îndoială, domeniul de aplicare al imprimantelor 3D Objet nu se limitează la direcțiile de mai sus. Ce se întâmplă dacă avem nevoie de un prototip sau chiar de o mică serie de prototipuri pentru teste din metal sau termoplastic durabil? În acest caz, vom fi asistați de tehnologii conexe care extind domeniul de aplicare al imprimantelor 3D Objet.
Turnare din silicon
Recent, această tehnologie devine tot mai populară. Dacă este necesar să se producă o mică serie de piese turnate din plastic, este adesea neprofitabil să se facă o matriță metalică, fără a menționa că durează de obicei o lungă perioadă de timp. În acest caz, se face un prototip pe o imprimantă 3D. Acest prototip elimină forma siliconică utilizând siliconi transparenți, necomprimabili, din două componente. După primirea matriței, rășinile poliuretanice se toarnă în matriță sub vid pentru turnare. În prezent, pe piață este reprezentată de o gamă foarte largă de rășină poliuretanică cu două componente, proprietăți mecanice, fizice și termice care permit producerea de piese turnate, nu inferior în proprietăți termoplaste. Calitatea ridicată a pieselor turnate este asigurată prin degazarea în vid atât a matriței cât și a pieselor turnate. Avantajul acestei tehnologii este viteza și costul moderat de obținere a riglelor și a pieselor turnate. Factorul limitator aici este puterea matriței de silicon, care este de obicei suficientă pentru 10-20 de piese turnate. Această tehnologie este foarte importantă pentru calitatea înaltă a suprafeței modelului master, deci Objet 3D imprimante la prototipurile lor de calitate sunt perfect adecvate (Fig. 10).
Formare prin injecție de joasă presiune (RIM)
O tehnologie relativ nouă, care este de asemenea folosită pentru producerea pieselor din plastic. În acest caz, 3D imprimanta fabricate nu modelul master, iar forma, care este apoi umplut două rășină poliuretanică, în care timpul de solidificare este de una până la două minute. Datorită timpului scurt de turnare, degazarea nu este utilizată. Marele avantaj al acestei tehnologii este posibilitatea utilizării unei forme pentru un număr aproape nelimitat de piese turnate. Acest lucru face posibilă utilizarea acestei tehnologii în decalajul care apare între turnare în silicon și utilizarea de mașini de turnare prin injecție, adică, într-o situație în care aveți nevoie pentru a obține zeci sau chiar sute de piese turnate.
Turnarea metalelor pentru investiții
Tehnologie clasică de obținere a pieselor de înaltă calitate din metal. În programul 3D-CAD, designerul dezvoltă o matriță pentru turnarea produsului. Apoi este crescută pe o imprimantă 3D. Această formă este utilizată pentru a obține un șablon - copii exacte ale produsului final din ceara de turnare (Figura 11). Astfel de șabloane sunt folosite pentru a crea o matriță ceramică - adesea se adună într-o bucșă, care este de câteva ori imersată într-un amestec de ceramică lichidă și presărată cu nisip pentru a forma forma. Forma finisată cu aragazul interior este așezată în cuptor, în care matrița se usucă în cele din urmă, iar ceara de turnare se topește și curge din matriță. Metalul este turnat în matrița fină ceramică, turnarea răcește, apoi forma este ruptă și produsul final este extras. După aceasta, porțile sunt îndepărtate și, dacă este necesar, produsul este lustruit.
Turnarea în pământ
O altă tehnologie clasică pentru producția de piese turnate din metal. Comparativ cu ceara de turnare, în acest caz, precizia nu este atât de mare, dar este posibil nu numai turnarea metalelor neferoase, cu un punct de topire de 600- 800 ° C, dar oțelul cu un punct de topire de peste 1000 ° C temperatură. Când utilizați Objet 3D-imprimanta este cultivat un model de maestru al produsului și pachetul inserțiile le turnate mucegai nisip, care este apoi turnarea de metal (fig. 12). Master model, cultivate pe imprimanta este acoperit cu cerneală pentru a spori rezistența la zgâriere, acesta poate fi folosit un model pentru turnarea de până la o sută de ori.
Desigur, într-un articol este imposibil să se acopere toate aspectele legate de utilizarea imprimantelor 3D Objet. Prin urmare, aș dori să răspund la câteva dintre întrebările pe care cititorii le-ar putea avea.
Este posibil, de exemplu, să faceți ferestre din plastic pe imprimanta 3D Objet?
Tehnologiile utilizate în sistemele RP, în general, și în special la imprimantele 3D Objet, nu sunt concepute pentru producția în masă. Din punct de vedere tehnic, o imprimantă poate să crească cu adevărat tot ce se potrivește în camera de lucru, iar ceea ce nu se potrivește poate fi crescut în părți și apoi asamblat. Dar din punct de vedere economic, acest lucru este neprofitabil, producția de produse de serie, tehnologiile clasice sunt mai justificate. Imprimanta 3D este avantajoasă pentru producția de prototipuri sau produse mici sau unice, deoarece nu necesită pregătirea producției.
Se pare că aceasta este doar o jucărie frumoasă, care este absolut neprofitabilă de a utiliza?
Nu! Acest lucru este confirmat de experiența companiilor occidentale lider care ocupă poziții de lider în industrii precum industria auto, aerospațială, electronică, bunuri de consum, complex militar-industrial. În dezvoltarea de noi produse, acestea utilizează pe scară largă tehnologii RP. Pe parcursul existenței sale, Objet a furnizat clienților din întreaga lume mai mult de 1500 de unități de echipament.
Există vreo experiență în utilizarea acestui echipament în Rusia?
Desigur, dar din motive obiective, imprimantele 3D din Rusia au fost mult mai puțin cunoscute decât în străinătate până în prezent. În ultimii ani, interesul companiilor rusești în această tehnologie a crescut semnificativ. Cu siguranta vom dedica un articol separat povestilor despre utilizarea cu succes a imprimantelor 3D din Rusia si din strainatate.
Care este sensul economic al utilizării acestei tehnici?
Există patru grupuri principale de motive pentru care utilizarea imprimantelor 3D de către Objet este viabilă din punct de vedere economic:
- Reducerea timpului de dezvoltare a produselor noi;
- reducerea numărului de erori care au rămas în produs după lansarea în serie;
- îmbunătățirea calității dezvoltării noului produs;
- Menținerea confidențialității complete a noilor dezvoltări înainte de lansarea produsului în serie.
De ce trebuie să verificăm colecția pe prototipuri, deoarece aproape toate modelele moderne 3D-CAD au funcția de a verifica colecția pe un model 3D al computerului?
În mod ideal, așa este. Dar, în viața reală, de regulă, totul este mai complicat. Unele părți ale noului produs pot fi proiectate nu numai în diferite departamente și în diferite sisteme 3D-CAD, dar și în alte întreprinderi. Pentru unele componente, pot exista pur și simplu modele 3D. Prototipurile cultivate pe imprimantele 3D Objet sunt perfect asamblate nu numai unul cu celălalt, ci și cu componente fabricate prin tehnologii tradiționale.
Avem produse foarte mari. Asta înseamnă că Objet este inutil pentru noi?
Bineînțeles că nu! De regulă, produsele mari constau în sute sau mii de noduri mai mici. De exemplu, nimeni nu face un corp de avion în întregime pe o imprimantă 3D, dar elementele individuale sunt foarte des (Figura 13).
În concluzie, vreau să citez cuvintele lui Aristotel:
"Bine peste tot și peste tot depinde de respectarea a două condiții: 1) stabilirea corectă a scopului final al tuturor activităților; 2) găsirea mijloacelor adecvate care să conducă la scopul final. "
Astăzi, având astfel de instrumente perfecte la îndemână, vă puteți seta obiectivele cele mai fantastice și puteți crea cele mai complexe prototipuri. Și acest lucru vă va ajuta să obțineți imprimante 3D de înaltă tehnologie Objet.
Trimiteți-le prietenilor: