Microsoft Word - L_printare

Transcriere

1 Aplicația 3. Prelucrări realizate prin imprimare 3D 3.1. Scopul aplicației Principalul scop este cel de a se realiza înțelegerea modului de realizare a reperelor prin imprimare 3D și respectiv a se putea aplica cunoștințele acumulate prin aplicație pentru a se putea ulterior realiza repere sau subansambluri pentru standuri de laborator sau instalații de laborator. În același timp prin intermediul aplicației se prezintă modul în care se pot modifica utilaje sau echipamente cu minim de investiție pentru scopuri didactice sau de cercetare Noțiuni generale asupra generării reperelor pentru imprimare 3D Procesul de prelucrare prin imprimare 3D are în vedere realizarea de repere sau subansambluri care să asigure rolul funcțional al elementelor care se supun procesului de proiectare. Avantajul major al imprimării 3D este dat de faptul că reperul se realizează prin depunere de material granular, fibros sau lichid pe o suprafață sau pe straturi succesive realizându-se astfel generarea reperului. Această abordare a modului de generare al pieselor permite ca pierderile de material atât ca și adausuri de material în vederea unor prelucrări ulterioare, dar și adausuri tehnologice pentru realizarea reperelor să fie reduse pentru unele dintre procedee sau mici comparativ cu alte procedee tehnologice de realizare a pieselor. Nu în ultimul rând multe dintre variantele de imprimare 3D sunt puțin consumatoare de resurse energetice. Din cele prezentate rezultă că, este necesar pentru realizarea unui reper în primul rând de desenul de execuție al reperului care se va imprima, după aceea este necesar un program care să permită realizarea straturilor de material, iar în final este necesar ca să existe o instalație care să permită asigurarea procesului de formare a straturilor de material. Pentru exemplificarea procesului de realizare a unui reper, vom lua în considerare un desen de piesă care să satisfacă condițiile impuse de rolul funcțional al acestuia. Pentru automatizarea unei mașini de frezat de tip PROXXON MF70 este necesar ca motoarele pas cu pas să fie poziționate în raport cu roțile de mână cu ajutorul cărora se realizează deplasarea după cele trei axe de coordonate (figura ). O primă observație este aceea că fiecare dintre cele trei roți de mână au o poziție diferită ca și mod de dispunere, motiv pentru care pe fiecare dintre axe trebuie proiectată câte o astfel de structură de montaj.

2 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal Fig Freză PROXXON MF70 adaptată cu a motorului pas cu pas A doua observație este legată de faptul că multe din soluțiile existente sunt cele la care se intervine modificând mai mult sau mai puțin soluția constructivă. În (figura ) se prezintă componenta de prindere a motorului pas cu pas pe axa Y. Se poate observa din punct de vedere constructiv că avem două părți de prindere, una este cea de fixare a motorului pas cu pas, iar a doua este cea de fixare a ansamblului pe corpul frezei. Pentru rigidizarea ansamblului s-au prevăzut patru nervuri înclinate la 45 grade în raport cu baza și suprafețele verticale. În acest moment proiectarea componentei trebuie să se realizeze și din considerente de generare. Fig Reper pentru axa Y de montare a motorului pas cu pas Avem astfel posibilitatea de a modifica o parte din elementele constructive prin generarea de goluri, dar și prin realizarea de raze de racordare acolo unde muchiile sunt drepte, deoarece din punctul de vedere al generări în acele locuri se pot produce fisuri sau ruperi de material din structură. În (figura ) se poate observa modul în care reperul generat arată din punctul de vedere al vederii în spațiu așa numita previzualizate. 8

3 TEHNOLOGII DE FABRICAȚIE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR. Aplicații practice Fig Reper previzualizat pentru axa Y de montare a motorului pas cu pas Trebuie arătat că atât generarea cât și pre vizualizarea s-au realizat în programul INVENTOR Se poate observa ca și în programul CATIA sau alte programe de generare 3D inginerești existența a două ferestre una în stânga pentru succesiunea elementelor geometrice generate iar în dreapta fereastra în care reperul este realizat pe cale grafică Lucrări pregătitoare realizate pentru imprimarea 3D Prelucrarea fișierului pentru a se putea imprima corect După realizarea desenului reperului acesta trebuie să fie exportat în variantă.stl care este o prescurtare a termenului (stereolithography) și care este unul dintre modurile în care programele de generare 3D artistice sau inginerești se utilizează fiind de fapt un Standard Triangle Language sau.step (Standard for the Exchange of Product Data) care este un forma ISO de schimb de imagini 3D procesate pentru a se putea ulterior utiliza pentru generarea reperului. O primă operație importantă este cea de verificare a structurii generate datorită existenței unor defecte pe care le poate induce programul de generare. Unele dintre acestea sunt erori de generare de suprafețe, altele sunt erori de generare a volumelor sau alte astfel de erori. Unele programe au variante de verificare incluse în structura acestora, altele nu au astfel de subrutine implementate motiv pentru care în momentul realizării efective a reperului se constată că apar defecte. Vom analiza o parte din aceste programe care uzual unele vin cu imprimantele de la producător altele sunt independente, caz mai rar întâlnit. În (figura ) se poate observa că programul ideamaker permite repararea a cinci tipuri de erori care pot să existe și pot fi identificare de program și anume înlăturarea fețelor care sunt duble, a fețelor izolate, fixarea orientării fețelor și respectiv a orificiilor, modificarea 9

4 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal orientării elementului triunghiular. Fig Repararea unora dintre erorile care apar la generarea fișierului.stl sau.step Au fost realizate pentru rezolvarea unora dintre probleme și programe care se ocupă de prelucrarea reperelor care au dimensiuni mai mari decât suprafața sau volumul pe care se dorește a se realiza imprimarea. Două dintre acestea dezvoltate special de firma Autodesk sunt Netfabb și Meshmixer. Dacă primul dintre cele două programe este free pentru domeniul academic al doi-lea este gratuit. Ambele se ocupă cu prelucrarea fișierelor menționate cu observația că fiecare dintre acestea are anumite avantaje. Datorită faptului că al doi-lea este gratuit ne vom orienta în această aplicație către acesta din urmă. În cazul programului Meshmixer (figura ) prima operație este de import desen 3D pe suprafața imprimantei și după aceea poziționarea reperului pe suprafață. Se poate observa dacă din meniul View se activează reprezentarea meșului forma de generare a reperului. Prima etapă după poziționare este cea de verificare a integrității reperului care se dorește a se realiza. Pentru aceasta se deschide interfața din partea stânga numită Analyse de unde se observă deschiderea unei ferestre laterale (figura ) care ne permite să realizăm mai multe operații. Prima dintre acestea este cea de selectare a unităților și dimensiunii unde se poate determina dimensiunile reperului pe cele trei axe. A doua este cea de orientare care permite poziționarea reperului într-o poziție optimă funcție de tipul de imprimantă selectată. Pentru cazul imprimantelor la care procesul de imprimare este de tip strat realizat prin termoplastie FDM orientarea optimă este orizontală (figura ). Operația de orientare este 10

5 TEHNOLOGII DE FABRICAȚIE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR. Aplicații practice foarte importantă în mod special pentru minimizarea duratei de procesare a modelului, dar și pentru realizarea unui bun proces de imprimare. O orientare greșită poate pe lângă consumuri nejustificate de material să producă și pierderi de calitate a formei și volumului reperului. Fig Importul și începerea analizei unui reper în interfața Meshmixer O parte importantă a generării de suporți este locul în care aceștia ar trebui să fie poziționați. Acest lucru este posibil dacă în modulul Analysis se activează comanda Overhangs care are mai multe componente specifice (figura ). Zonele de culoare roșie sunt cele la care trebuie obligatoriu să se prevadă suporți. Dacă numărul acestor zone este redus se poate trece al adăugarea supuraților care se poate realiza automat sau manual. Pentru comoditate varianta automată este de preferat. Fig Analiza orientării și a locurilor în care ar trebui să se poziționeze suporți După orientare este important să se realizeze verificările specifice pe care programul le poate realiza și anume analiza de mesh (figura ). Aceasta se poate realiza prin operația de inspectare a reperului care se găsește în modulul Analysis se activează comanda Inspect. Operația de inspectare se poate observa că pentru reperul analizat confirmă că nu are defecte. Se marchează dacă se găsesc defecte cu albastru găurile din rețeaua triunghiulară, cu roșu ariile 11

6 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal care nu sunt închise, cu magenta componentele deconectate de reper cu arie relativ mică. Fig Inspectarea erorilor de generare a fișierului stl sau step Fig Importul și începerea analizei unui reper în interfața Meshmixer În acest moment se poate exporta reperul pentru importul în programul de generare a straturilor pentru imprimare. Trebuie de asemenea amintite și posibilitățile pe care Windows 10 le are pe această direcție prin cele două programe dezvoltate special pentru vizualizarea și repararea de astfel de fișiere care sunt Microsoft 3D Tools care lucrează online, dar și 3D Builder care se instalează o dată cu programul Windows 10. Vom analiza numai pe acesta din urmă ca și posibilitate de utilizare. În (figura ) se poate observa în primul rând reprezentarea elementului generat în forma rețea care ne permite să identificăm vizual dacă sunt probleme. 12

7 TEHNOLOGII DE FABRICAȚIE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR. Aplicații practice Fig Reperul încărcat în programul Microsoft 3D Tools Repararea se realizează în momentul importării caz în care programul atenționează asupra defectelor întâlnite și permite repararea acestora. Una dintre posibilitățile programului este de a interveni în structura fișierului și a optimiza triunghiurile și dimensiunea acestora. Operația se face din meniul Editare urmat de Simplificare moment în care prin utilizarea cursorului din partea superioară se poate realiza reducerea numărului de fețe pentru cazul analizat a fost redus de la la 918 observându-se forma orificiilor dar și a suprafețelor curbilinii generate (figura ). Fig Reperul la care se poate modifica numărul de fețe generate din programul Microsoft 3D Tools O opțiune importantă este cea de scindare a reperului în cazul nostru în două părți cu păstrarea ambelor părți, operație care se realizează tot din meniul menționat cu comanda specifică scopului dorit (figura ). 13

8 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal Fig Reperul la care se poate modifica dimensiunile prin rupere în două din programul Microsoft 3D Tools Prelucrarea fișierului pentru realizarea procesului de imprimare Programul ideamaker de la Raisen3D Technologies Inc. este de tip dedicat unor tipuri de imprimantă, dar permite configurarea și de imprimante personale. Avantajul programului este că are subrutină pentru verificarea erorilor de generare a reperului triunghiular în 3D și permite corectarea acestora. În același timp permite poziționarea reperului în raport cu masa de prelucrare și respectiv permite realizarea programului de comandă necesar pentru realizarea procesului de prelucrare (figura ). Fig Reper poziționat în raport cu masa de imprimare și verificat Se poate observa că prin poziționarea reperului acesta este orientat automat în raport cu planul de generare și în partea dreapta jos se poate observa că reperul nu are erori de generare, element marcat prin bifa verde, dar și sunt menționate elementele specifice de dimensiune, 14

9 TEHNOLOGII DE FABRICAȚIE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR. Aplicații practice număr de triunghiuri, număr de muchii etc. O componentă importantă este cea de generare a elementelor de sprijin în vederea generării care se pot genera automat sau se pot dispune de către operator manual (figura ). Necesitatea acestor elemente este dată de faptul că imprimarea se realizează pentru imprimantele avute în vedere pentru generare de faptul că se face în condiții de temperatură mare 180 la 350 grade Celsius, lucru care va determina în unele cazuri deteriorarea reperului imprimat și în alte cazuri va produce distrugerea reperului. Fig Poziționarea supuraților în raport cu masa de imprimare și reper Se poate observa că prin poziționarea reperului acesta este orientat automat în raport cu planul de generare și în partea dreapta jos se poate observa că reperul nu are erori de generare. Un pas important îl are realizarea straturilor (figura ). Fig Generare program pentru straturi cu pas strat 0,1 mm densitate 10% viteză 50 mm/s pereți 2 15

10 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal Se poate observa că funcție de grosimea stratului durata de imprimare poate să scadă sau să crească semnificativ. Un strat mai subțire înseamnă însă o piesă cu caracteristici de suprafață mai bune și o compactitate mai mare și invers (figura ). Fig Generare program pentru straturi cu pas strat 0,2 mm densitate 10% viteză 50 mm/s pereți 2 Pentru comparație am ales și poziționat același reper dar la care am realizat un orificiu în zona centrală pentru ușurarea structurii (figura ) pe care l-am așezat în poziția optimă de imprimare. În (figura ) se pot observa suporți generați și respectiv în (figura ) se poate observa reperul care s-a supus procesului de generare a straturilor și în (figura ) rezultatul vizualizării straturilor. Fig Poziționarea reperului cu orificiu central pe masa de imprimare 16

11 TEHNOLOGII DE FABRICAȚIE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR. Aplicații practice Fig Poziționarea reperului cu orificiu central cu suporți pe masa de imprimare Fig Poziționarea reperului cu orificiu central cu date de realizare straturi 0,1 mm Fig Pre vizualizare generare reper cu orificiu central pe masa de imprimare 17

12 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal Fig Poziționarea reperului cu orificiu central cu date de realizare straturi 0,2 mm Programul Repetier Host. Programul este de tip dedicat unor tipuri de imprimantă dar permite configurarea și de imprimante personale. Avantajul programului este că are subrutină pentru verificarea erorilor 18

13 TEHNOLOGII DE FABRICAȚIE ÎN INDUSTRIA AUTOVEHICULELOR. Aplicații practice 19

14 Prelucrări realizate prin așchiere pe strungul normal 3.4. Mod de lucru Pentru un reper existent se vor realiza operațiile de poziționare, orientare, verificare corecție și respectiv salvare cu programele prezentate după care fișierul salvat va fi analizat din punctele de vedere ale generării. Pentru reducerea timpului de imprimare pentru exemplificarea procesului de imprimare se va imprima pe o imprimanta de tip cartezian Fabrikator Mini un reper de tip cilindric în poziția orizontală și respectiv verticală evidențiindu-se modificările care apar funcție de poziția de imprimare Rezultate. La piesele obținute se măsoară dimensiunile efective și se compară cu cele nominale, rezultatele trecându-se în tabelul de rezultate. 20