ТРЕХМЕРНОЕ ПРОТОТИПИРОВАНИЕ

ТРЕХМЕРНОЕ ПРОТОТИПИРОВАНИЕ
В ПРОМЫШЛЕННОМ ДИЗАЙНЕ
В МГТУ им. Н.Э. Баумана появилась возможность прототипирования с
использованием возможностей 3D-принтера компании Objet Geometries. Новая
серия 3D-принтеров Objet Desktop, предназначенная для персонального и
офисного использования позволяет достигать прекрасных результатов
практически для любых задач конструирования и производства и с успехом
используется в учебном процессе Университета.
Рис 1. Принтер Eden250
Новые принтеры поддерживают высокие стандарты технологии PolyJet,
обеспечивая построение моделей с толщиной слоя 28 мкм, гладкую
качественную поверхность и прорисовку тонких деталей.
Основанная на инновационной технологии Objet PolyJet, система печати
Eden250 обеспечивает полное решение для точного построения изделия любой
геометрической формы – быстро, просто и чисто. Модели даже с мелкими
деталями, произведенные на Eden250, получаются прочными, с гладкими, не
требующими обработки поверхностями.
Максимальный размер детали, выращенной по технологии быстрого
прототипирования с использованием 3D-принтера, может быть равен
500х400х200мм. Поэтому, если готовая выращенная модель по расчетам
превосходит эти размеры, выращивание происходит частями, на которые
модель делят в процессе составления ее математической модели. После
выращивания, они подвергаются склеиванию, причем специальные клеевые
материалы обеспечивают достаточно хорошее качество соединения, что ни при
визуальном тестировании и даже при дальнейшем механическом тестировании
макета не сказывается на его работоспособности и прочности.
На рис. 2 показаны части насоса и насосное колесо, выращенные на
трехмерном принтере.
Рис. 2. Насосное колесо. Пример 3D-прототипа, выращенного по технологии
PolyJet
Для выращивания модели в 3D-принтере могут использоваться различные
технологии, которые можно разделить на две большие группы:
1. лазерные;
2. струйные.
1.1. К лазерной технологии выращивания относится стереолитография
(StereoLithography или SLA). Основой её является жидкий фотополимер в
рабочей зоне принтера и He-Cd (гелиевокадмиевый) лазер.
Рис. 3. Схема установки для стереолитографии
Стереолитография позволяет получить точность «отпечатка» порядка
десятых долей миллиметра, хорошо воспроизводит мелкие детали и
обеспечивает достаточно ровную поверхность объекта. Готовые модели
выдерживают нагрев до 100°C без изменений формы и размеров.
Шероховатость поверхности без какой-либо обработки не превышает 100 мкм.
Отверждённый фотополимер легко полируется. Прочность готовых деталей
сравнима с прочностью изделий из отверждённых эпоксидных смол. Эта
технология лучше всего отработана и наиболее широко распространена.
Минусами технологии является высокая цена установки и материалов.
Рис. 4. Примеры изделий, выполненных по технологии стереолитографии
1.2. Альтернативный вариант стереолитографии был представлен в 1991
году компанией Cubital Inc., который называется Solid Ground Curing (SGC).
Рис. 5. Принцип работы 3D-принтера по технологии Solid Ground Curing
Рис. 6. Модель, выращенная на 3D-принтере по технологии Solid Ground Curing
1.3. Ещё одним методом трехмерной печати является селективное
лазерное спекание (Selective Laser Sintering – SLS).
Рис. 7. Схема получения трехмерного твердотельного изделия послойным
наращиванием по способу селективного лазерного спекания
Рис. 8. 3D-прототип, выращенный по технологии селективного лазерного
спекания
1.4. Существует ещё одна технология выращивания трехмерных моделей
с использованием лазера – это изготовление моделей из ламинатов
(ламинирование).
Рис. 8. Принципиальная схема выращивания 3D-модели по технологии
ламинирования
Рис. 9. Прототип, полученный по технологии ламинирования
2. Помимо технологий создания трехмерных моделей с использованием
лазера, существуют, так называемые, струйные технологии, которые нисколько
не отстают от лазерных, а некоторых аспектах даже превосходят их.
2.1. В конце 1988 года С. Скоттом Крампом и его женой Лизой Крамп
была разработана технология моделирования изделия сплавляемыми частицами
Fused Deposition Modeling (FDM).
Рис. 10. Схема работы 3D-принтера по технологии моделирования изделия
сплавляемыми частицами
Рис. 11. 3D-прототип, выращенный по технологии технология моделирования
изделия сплавляемыми частицами
2.2. Следующие две технологии струйной 3D-печати – это разработки
компании «Objet Geometries». Называются они «Polyjet» и «Polyjet Matrix».
«Objet Geometries» первой в мире успешно реализовала послойное нанесение
фотополимерных материалов.
Рис. 12. Схема функционирования 3D-принтера по технологии PolyJet
2.3. Усовершенствованным вариантом технологии PolyJet является
PolyJet Matrix. Эта технология, позволяет использовать два различных типа
модельных материалов одновременно.
Рис. 13. Иллюстрация технологии PolyJet Matrix
2.4. И еще одна ныне существующая технология струйной печати увидела
свет в Массачусетском Технологическом Институте, а коммерциализирована
компанией «Z Corporation».
Рис. 14. Готовая модель в 3D-принтере «Z Corporation»
Рис. 15. Пример многоцветной модели, выращенной по технологии компании
«Z Corporation»
Технологии 3D-прототипирования быстро развиваются: появляются
новые, совершенствуются старые, появляются новые направления
использования принципов 3D-прототипирования. Предел возможностей данной
отрасли ещё очень далеко, поэтому в ближайшем будущем можно ожидать
новых открытий в данной сфере.