rapid prototyping

RAPID PROTOTYPING

Univerzitet u Zenici Mašinski fakultet Katedra za Automatizaciju

Đulić Emir

Zenica, januar 2011. prof.dr.sc.Samir Lemeš

Mentor

O čemu ćemo govoriti

Osnovni pojmovi i upotreba Stereolitografija Fused Deposition Modeling 3D Inkjet sistemi Selektivno lasersko

sinterovanje Laminated Object

Manufacturing Laser Engineered Net Shaping Ultrazvučno skrućivanje

Šta je to Rapid Prototyping?

Termin “rapid prototyping” ili brza izrada

prototipova označava tehnologije kojima je

moguće, direktno iz digitalne reprezentacije

nekog objekta ili modela napravljenog u CAD-u

(Computer Aided Design) stvoriti njegovu fizičku

reprezentaciju: posve funkcionalan i relativno

kompleksan radni prototip.Rapid Prototyping tehnologije “grade” model za razliku od CAM tehnologija koje geometriju dobivaju uklanjanjem materijala.

Zašto koristiti Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping sistemi koriste se za : Provjeru isplativosti konceptualnog

dizajna Testiranje i ispitivanje Procjenu troškova Provjeru uklapanja komponenti složenih

sklopova Izradu alata za proizvodnju

Zašto koristiti Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping se koristi kada je oblik objekta

previše komplikovan za bilo koju drugu vrstu

proizvodnje. Oblik objekta je u računarskoj formi (CAD model)

Metodologija Rapid Prototyping procesa

CAD solid model

STL datoteka

Podjela datoteke na slojeve (slices)

Izrada

Postprocesiranje (čišćenje,poliranje,...)

Vrijeme potrebno za izradu prototipova

Vrijeme izrade prototipa ovisi o vrsti postupka i

najčešće se sastoji od tri dijela: priprema fajla

(od 0,5 do 2 sata), stvaranje dijela (od 0,5 do

15sati) i naknadna obrada (od 0,25 do 6 sati).

Vrijeme od narudžbe do gotovog prototipa iznosi od 1 do 4 dana.

Zastupljenost brze izrade prototipova u pojedinima granama industrije

Proizvodi za kupca;

25.5

Autoindustrija;

3,2Medicina; 10.1

Mašinogradnja;

9.6

Ostalo; 8.7

Avioindus-trija; 8.6

Akademske institucije; 6.7

Stereolitografija je prva metoda rapid prototyping-a koja je razvijena 1986. godine u kompaniji 3D Systems iz SAD-a.

Prototip se dobiva na temelju CAD modela koji je podijeljen na slojeve. Kao materijali se rabe različite vrste fotopolimera u tekućem stanju koji su osjetljivi na ultraljubičasto zračenje. Do skrućivanja slojeva dolazi pod utjecajem laserskog snopa. Dio koji se izrađuje nalazi se na platformi. Nakon što je pod utjecajem laserskih zraka došlo do skrućivanja sloja, platforma se pomiče za 0,1 mm prema dolje nakon čega slijedi skrućivanje drugog sloja.

Stereolitografija

Shema procesa stereolitografije

Tehničke karakteristike proizvoda koji se izrađuju postupkom stereolitografije

Prednosti i nedostaci Prednosti stereolitografije jesu:

- visoka rezolucija, - moguća izrada dvobojnih prototipova, - nema geometrijskih ograničenja oblika, - potpuna automatiziranost procesa.

Nedostaci jesu:

- ograničen broj upotrebljivih materijala (samo fotopolimeri), - prototip slabijih mehaničkih svojstava, - naknadna obrada prototipa UV očvršćivanjem u peći, - pri izradi su potrebni potpornji prototipa koje treba ukloniti, - stezanje fotopolimera pri očvršćivanju može uzrokovati pojavu naprezanja i deformacija, - fotopolimer je otrovan u tekućem stanju.

Materijal koji se koristi za izradu SLA modela se naziva resin

Fused Deposition Modeling

Plastično vlakno ili granule se dodaju kroz

mlaznicu koja je topi i nanosi u slojevima

Shema FDM

Kompletan sistem je zatvoren u komoru kojaodržava temperaturu neposredno ispod tačketopljenja plastike Na taj način se samo malim zagrijavanjempostiže proces topljenja – bolja kontrola

procesa Koriste se polimeri tipa najlona ili neke

vrstevoska (za livenje)

3D Inkjet sistemi

Za nanošenje materijala u tankim slojevima koristi se glava printera koja radi na principu ink-jet printera. Nakon što je materijal nanesen na podlogu, na njega se taloži vezivni materijal čija je uloga selektivno spajanje čestica praha. Podloga se zatim spušta te se nanosi novi sloj praha i veziva. Ovakav proces sloj po sloj ponavlja se sve dok prototip nije završen i uklonjen s podloge.

Prednosti i nedostaci

Prednosti postupka jesu:

- mogu se jednako uspješno izrađivati prototipovi, funkcionalni dijelovi i alati vrlo složenih oblika, - vrlo fleksibilan postupak izrade, - uglavnom neotrovni materijali, - visoka preciznost izrade, - dobre dimenzijske tolerancije, - vrlo glatka površina izrađenih dijelova i alata, - mogućnost izrade vrlo tankih slojeva.

Glavni nedostaci jesu:

- ograničene dimenzije izratka, - ograničen broj primjenljivih materijala, - ograničena brzina izrade.

3D Inkjet sistemi

SLS-Selektivno lasersko sinterovanje

Postupak selektivnog laserskog sinteriranja patentiran je 1989. godine u SAD-u.

Za sinteriranje praškastih materijala (poliamid, ostali plastomeri, metali) koristi se također laserski snop. Jedna od glavnih prednosti ove tehnike je mogućnost primjene različitih vrsta materijala.

Selektivno lasersko sinterovanje

Prednosti SLS postupka su sljedeće:

- dijelovi boljih mehaničkih svojstava od onih izrađenih stereolitografijom, - SLS dijelovi mogu se koristiti za funkcionalna ispitivanja, - postupak SLS brži je od stereolitografije, - moguća primjena većeg broja materijala, - nije potreban potporanj jer višak praha podupire prototip, - neuporabljeni prah može se koristiti za sljedeći prototip, - bolja obradivost izrađenih dijelova u odnosu na stereolitografske dijelove , - mala zaostala naprezanja.

Nedostaci su:

- lošija kvaliteta površine u odnosu na stereolitografske dijelove - pri korištenju nekih materijala potrebna je zaštitna atmosfera radi pojave otrovnih plinova tijekom srašćivanja

LOM-Laminated Object Manufacturing

Koristi CO2 laser da kreira sukcesivne

poprečne presjeke 3D objekta od slojeva papira

sa polietilenskim premazom na jednoj strani Nakon nanošenja svakog novog sloja, PET sloj se

zagrijava da bi se slojevi povezali

Laser siječe vanjske ivicepresjeka na gornjem sloju papira

LENS-Laser Engineered Net Shaping

Koristi se laser velike snage i dodavač

metalnog praha Metalni prah: legirani čelici,aluminij,

bakar,titanij,... Optomec

Ultrazvučno skrućivanje

Ultrazvučno skrućivanje aluminijskih alata je relativno nov postupak brze izrade alata u kojem se oni izrađuju u jednoj operaciji i na jednoj mašini

Postupak izrade alata brzim skrućivanjem razvijen je u Idaho National Engineering and Environmental Laboratory početkom 1990.

Ultrazvučno skrućivanje

Rastaljeni metal se iz posude pušta u vrlo brzu struju inertnog plina. Zatim dolazi do njegovog raspršivanja u vrlo sitne kapljice promjera 20-85 m koje se naštrcavaju na kalup napravljen od keramičkog materijala

HVALA NA PAŽNJI