Materiale avansate / Materiale performante 69 LUCRAREA 13. TEHNOLOGII ADITIVE. REALIZAREA MODELELOR ȘI PIESELOR PRIN METODA SLA (STEREOLITHOGRAPHY) PE MAȘINA DE PRINTAT 3D FORMLABS FORM 2: CARCASĂ, ȘURUB 1. Scopul lucrării. Înțelegerea modului în care lucrează mașinile de printat 3D prin procedeul Stereolithography (SLA). Familiarizarea studenţilor cu materialele din care se realizează piesele/modelele și cu particularitățile de lucru ale mașinii de printat 3D din laborator. Realizarea practică a două repere de complexitate scăzută și analiza avantajelor și dezavantajelor procedeului SLA. 2. Consideraţii generale. Stereolitografia (SLA) cuprinde o grupă de procedee tehnologice de realizare a obiectelor din materiale plastice de tip polimeri fotosensibili care se întăresc la expunerea la un flux de lumină generat de un laser. Principiul de bază se referă la realizarea strat cu strat a obiectului ca urmare a întăririi polimerului fotosensibil (aflat iniţial în stare lichidă) cu ajutorul razei laser. Maşina de lucru primeşte informaţia privind datele fiecărui strat şi realizează deplasarea în planul XY a petei de focalizare a razei laser în interiorul rezervorului cu polimer lichid. În locul de contact polimerul se întăreşte, raza laser baleiază în continuare întreaga suprafaţă corespunzătoare stratului de obţinut până când acesta este complet configurat (întărit) şi se separă prin solidificare la suprafaţa băii lichide. Urmează o mişcare de coborâre/urcare a platformei de susţinere a obiectului şi configurarea următorul strat al acestuia. În lucrarea 8 procedeul SLA este descris în detaliu, iar figura 8.3 prezintă schematic principiul de lucru al acestui procedeu. Obținerea unei piese presupune două etape: proiectarea asistată; fabricaţia asistată. Proiectarea asistată obţine modelul geometric ce prefigurează, la scară, viitorul obiect dorit. Studenții sunt familiarizați cu mediul de proiectare 3D Inventor, acesta urmând a fi folosit pentru proiectarea pieselor ce vor fi obținute în cadrul lucrărilor de laborator. Modelul piesei se salvează în format.stl.
70 Îndrumar de laborator Fabricația asistată a piesei proiectate se face utilizând software-ul dedicat al mașinii de printat 3D care se utilizează. Laboratorul este dotat cu o mașină de printat 3D care lucrează pe baza metodei SLA, mașină de tip Form 2 (Formlabs). Software-ul utilizat de această mașină este PreForm. În esență, rolul acestui software este de a transforma informația referitoare la piesa proiectată, existentă în fișierul.stl, în informație care să comande mișcările și parametrii mașinii de printat 3D, informație ce va fi conținută într-un fișier de tip.form (vezi lucrarea 12). 3. Mod de lucru Înainte de începerea printării 3D se va studia mașina de printat 3D Form 2 (Formlabs) existentă în laborator și se vor preciza părțile sale componente pe figura 13.1 din secțiunea 4. Rezultate. Se va completa Tabelul 13.1. Se va studia materialul de lucru avut la dispoziție. Acest material este o rășină fotosensibilă, în formă lichidă aflată într-un rezervor (cartuș). Caracteristicile materialului vor fi trecute în tabelul 13.1 din secțiunea 4. Rezultate. Studenții vor realiza practic două piese de complexitate scăzută: carcasă și șurub. Pentru acestea studenții vor avea la dispoziție fișierele: carcasa.stl și surub.stl. Folosind software-ul dedicat PreForm se vor obține fișiere carcasa.form și surub.form care să permită realizarea pieselor într-un timp cât mai mai scurt, care să permită finalizarea pieselor în timpul lucrării de laborator în vederea măsurării dimensiunilor lor (tabel 13.2) pentru a se putea trage concluzii privind precizia de lucru și a studierii calității și compactității suprafețelor pieselor printate 3D prin procedeul SLA. 4. Rezultate. Concluzii. REZULTATE Studenții vor completa figura 13.1. și Tabelul 13.1. Fig. 13.1. Părțile componente ale mașinii de printat Fuse 2
Materiale avansate / Materiale performante 71 Tabel 13.1. Caracteristici principale ale mașinii de printat 3D Fuse 2 și ale materialului utilizat pentru realizarea pieselor Dimensiuni exterioare [cm] Greutate [kg] Spațiu de lucru [cm] Temperatura de lucru [ C] Specificații laser Înălțime strat [µm] Clasă Diametru spot laser [µm] Suporți Materiale de lucru Specificații tehnice ale mașinii de printat Lungime de undă [nm] Putere [mw] Certificare Software Formate suportate Mod de transfer fișiere Specificații tehnice pentru materialul de lucru (Clear Resin Rășină standard transparentă) Volum cartuș [l] Rezistența la rupere UTS [MPa](după întărire completă) Modul de elasticitate E [GPa](după întărire completă) Alungirea la rupere [%](după întărire completă) Temperatura rășinii pentru începerea printării [ C] Densitate [g/cm 3 ] Cost material [lei/cartuș] Se vor realiza practic piesele carcasă și șurub și piuliță.
72 Îndrumar de laborator Fig. 13.2. Interfața de lucru PreForm pentru realizarea piesei carcasă Fig. 13.3. Rezultatul modelării cu PreForm pentru realizarea piesei carcasă și vizualizarea modelului așa cum va arata după printarea 3D prin SLA (poziție, suporți)
Materiale avansate / Materiale performante 73 Fig. 13.4. Interfața de lucru PreForm pentru realizarea pieselor șurub și piuliță Fig. 13.5. Rezultatul modelării cu PreForm pentru realizarea pieselor șurub și piuliță și vizualizarea modelului așa cum va arata după printarea 3D prin SLA (poziție, suporți)
74 Îndrumar de laborator După realizarea piesei carcasă se vor măsura dimensiunile specificate în figura 13.4. Pentru fiecare dimensiune specificată se vor face 5 măsurători, iar în tabelul 13.2 se va trece media acestor măsurători. Se vor determina abaterile de la dimensiunea nominală și se vor trage concluzii privind precizia de lucru a procedeului SLA. Fig. 13.4. Dimensiunile nominale a piesei carcasă care vor fi analizate din punct de vedere al preciziei de fabricare prin SLA Tabel 13.2. Măsurători ale dimensiunilor piesei printate 3D Dimensiune nominală [mm] a 10 mm Dimensiune efectivă [mm] (media a 5 măsurători) Abaterea de la dimensiunea nominală [µm] b 38 mm c φ 5 mm
Materiale avansate / Materiale performante 75 d 20 mm e φ 18 mm f 20 mm După realizarea pieselor carcasă și șurub suprafața lor exterioară va fi examinată cu ochiul liber și la stereomicroscop (la măriri între 7X și 40X) și se vor trage concluzii privind calitatea și compactitatea straturilor exterioare. CONCLUZII
76 Îndrumar de laborator