, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

Какво е 3D принтирането? Визия, иновации и технологии, стоящи в основата на 3D печата. Част 1.

Какво е 3D принтирането?


Визия, иновации и технологии, стоящи в основата на 3D печата

ВЪВЕДЕНИЕ


Както е известно на всеки конструктор, има някаква магия в трансформирането на една велика идея в материален и полезен обект, който може да се докосне. Това може да бъде потребителска стока на рафта в магазина, важен компонент на производствена машина или дори първоначален физически прототип, който представя новите ви идеи пред света.
Физически прототипи - основни или не, чудесно реализирани форми, цвят и текстура, далеч надхвърлящи чертежите или компютърните модели - които осъществяват връзка между вашите виждания по драматичен начин. Те насърчават към инвестиция и реални взаимодействия, а не просто към предположения какво може да се хареса. Преди продуктът въобще да е произведен, хората могат да се докоснат до него, да го почувстват; да го завъртят наляво, надясно, надолу и да погледнат вътре. Те могат да го тестват, да поработят с него и напълно да го оценят - дълго преди крайния продукт да е пуснат на пазара.
До скоро, бързите и достъпни физически прототип бяха оксиморон. Получаването на прототипи не беше никак бързо. Това означаваше, че след сключването на договор с производителя, той ги изработва ръчно или използва сложна стерео литографска машина. И в двата случая, това отнемаше седмици и не беше достъпно. Изразходваха се хиляди долари за решаване на проблемите.
А кой има нужда само от един прототип? Разработчиците на успешните продукти преразглеждат конструкцията, докато не се постигне идеалът. Физическите прототипи са на разположение при поискване в достатъчно количество, ускорявайки процеса на проектиране и по-бързото пускане на по-добър продукт на пазара.

 
Този идеал всъщност е реалност за някои от конструкторите и инженерите на световно ниво. И така, в рамките на няколко часа, са налични "още топли прототипи", направени с помощта на тихи и чисти машини, конструирани за ежедневни офис приложения. Тези мостри се правят при поискване и помагат на днешните инженерингови организации за:
• подобряване на комуникацията вътре в организацията, разработваща продукта;
• съкращаване на цикъла на конструиране;
• пускане на по-добър продукт на пазара преди конкуренцията;
• увеличаване на средствата за развойна дейност;
• подобряване на точността;
• елиминиране на скъпи грешки;
• зараждане на неочаквани идеи;
• тласък на иновациите и качеството;
• подобряване на сътрудничеството между инженерните, търговски, маркетинг и изпълнителни екипи.

Настоящият материал ще обхване създаването и развитието на 3D печата, след това ще разгърне в дълбочина как 3D принтерът произвежда физически прототипи и накрая ще се спре на определянето на атрибутите на 3D принтер и технологичните решения, с помощта, на които се произвеждат.

 

 

 

РАЗВИТИЕТО НА 3D ПЕЧАТА

Идеята за достъпни и създавани при поискване прототипи, за първи път е замислена от „фантазьори” в Масачузетския технологичен институт, които през 1993 г. разработиха най-бързия и най-достъпен метод за създаване на прототипи - 3D печата. Някои от тези същите мечтатели, обещаха да пуснат това прототипиране до всеки конструктор и инженер. Това обещание води до развитие 3D принтерите, които следват стъпките на документните принтери и се развиват бързо, за да предоставят все по-добра скорост, достъпност, точност, цвят и използваемост.

Ние работим, за да изпълним обещанието си:

Първото поколение – появява се 3D печатът
През 1996 г. пуснахме на пазара първите 3D принтери, които промениха представите за скорост и достъпност при бързото прототипиране. Следващите версии въведоха многоцветния 3D печат за по-ярки и даващи повече информация модели, при необходимост.


Второ поколение - Подобрена производителност, достъпност и цвят
С пускането на пазара на новите серии през 2003 г. рязко се повиши скоростта, опрости се потребителския интерфейс и се постигна безпрецедентна достъпност. През 2005 г. се  предефинира 3D печата чрез новото поколение печат с висока резолюция и ярки цветове.


Трето поколение – фокус върху лесното използване
През 2007 г. Се „изстреля” на пазара трето поколение на 3D принтери, с акцент върху лекотата на използване и офис съвместимостта. Автоматизираното, самостоятелно, „All-In-One” решение повиши удобството и офис достъпността. Тези принтери подобриха достъпността на потребителите до новите класове принтери.

Фиг. 1995-2000 г. – Първо поколение; 2000-2005 г. – Второ поколение; 2005-2020 г. – Трето поколение.

 
Така стигаме до настоящето и до въпроса за умовете на конструкторите и инженерите ....
 
Как работи 3D печата?
 
Основната цел на 3D принтерите е бързото трансформиране на идеята във физически обект. Тази идея обикновено първоначално е въплътена в 3D компютърен модел, създаден от 3D CAD софтуер като SolidWorks®, Autodesk®, Inventor® или Pro/ENGINEER®.
Всички тези софтуерни инструменти оформят 3D моделите като файлове в стандартните формати за 3D печат, включително .STL, .WRL(VRML), .PLY, .3DS и .ZPR. Готовият файл е комбинация или серия от триъгълници, ориентирана в пространството, към които се прилага 3D звук. Тази комбинация трябва да е "плътна", така че моделът да е твърдотелен, а не просто да се състои от повърхнини, които нямат обем (вж. Фигура 1.1 на стр. 5). С други думи, конструкцията на този етап трябва да бъде готова да съществува в реалния свят, не само като компютърен модел.

С този файл, който вече е във формат, подходящ за принтиране може да се стартира Print софтуера на вашия компютър. Използвайки го, можете да се движите нагоре или надолу за да изберете файла, който искате да отпечатате, да ориентирате детайлите, участващи в изграждането на прототипа и да насочвате 3D принтера за отпечатване на няколко версии на един продукт (с или без изменения).

След това програмата прави разрези на 3D модела на стотици дигитални напречни сечения или слоеве. Всеки 0,004 инчов (0.1 мм) слой съответства на слой от модела, който ще бъде произведен в машината (вж. Фигура 1.2).

Когато има готовност за стартиране на печата, просто трябва да се кликне върху “3D Print.” (3D печат) По този начин файловете с дигитални слоеве се изпращат на принтера и моделът започва да се принтира веднага.

Устройството разпечатва всеки слой, един върху друг като физически елемент изгрждан в камерата на принтера. Ще обясним подробно как всъщност се  изпълняват тези задачи по-нататък. След като машината завърши окончателния слой, започва кратък цикъл на сушене. Тогава физическият обект може да се вземе (вж. Фигура 1.3).

 

Фиг.1 – Процесът на 3D принтиране:

 

 

1.1 – CAD софтуерът извежда файлове в стандартен формат за 3D принтиране.
Тези файлове представляват мрежа, наподобяваща 3D обема.

 

 

 

 

1.2. – Принтерният софтуер прави разрези на 3D модела на стотици цифрови напречни сечения, всяко от които отговаря на един слой на модела, който ще бъде отпечатан.

 

 

 

 

1.3. – Всеки слой се отпечатва един върху друг, докато моделът е напълно готов.

 

 

 

 

 

 

 

ПРЕГЛЕД НА СИСТЕМАТА


Нашият 3D процес на принтиране е автоматичен, а това улеснява всеки потребител. И все пак, много от процесите се извършват под капака. В тази част ще направим преглед на системата и стъпките при отпечатване на 3D физически прототип. Ще се позовем на схемата на 3D принтер на фигура 2, докато разглеждаме подробно процесът на 3D печат.

 

Фигура 2 – Вътре в тримерния принтер


A. Автоматичен въздушен филтър: гарантира, че праховите частици остават в рамките на машината и в офиса или работното помещение се излъчва само чист въздух.
B. Биндер касета: съдържа лепило на водна основа, което втвърдява праховите частици.
C. Камера: зоната, където се произвежда детайлът.
D. Касета: плъзга се до мястото на печатащите глави.
E. Компресор: генерира сгъстен въздух, за да обезпраши крайното изделие.
F. Филтър за остатъци: предотвратява влизането на всякакви твърди вещества в бункера по време на рециклиране на праховите частици, осигурявайки чистотата на следващата конструкция.
G. Електронна кутия: бордови компютър за контрол на всички действия на ZPrinter.
H. Рамка: хоризонтална лента, която се движи напред-назад при създаването на всеки слой.
I. Хопер: съдържа прахови частици, от който се създава модела.
J. Резервоар: съдържа прахообразно вещество от касетата с прахообразна пластмаса.

K. Обслужваща станция: автоматично почиства главите на принтера при нужда.
L. Вакуум клапан: интелекта на прахообразната система, извлича врез вакуум праха от работната камера, после след работа изтегля ненужния прах.

ЦИКЪЛЪТ НА ПРИНТИРАНЕ

Процесът на 3D печат е чист и изцяло автоматизиран. Всички стъпки, описани тук, се извършват без каквито и да е входни данни от ваша страна.


Подготовка - След като кликнете върху "3D Печат" от менюто, принтерът започва предварителни рутинни процеси. Първо, затопля въздухът във вътрешността на принтера, за да се създадае оптимална работна среда за 3D печат. В същото време, машината запълва камерата с 1/8 инчов (3.18 мм) слой от прахова консистенция, така че детайлите, които са вече готови, остават на този прахов слой с цел по-лесно отстраняване. Машината може също така автоматично да изравнява главите. Това се осъществява чрез отпечатване на модела върху праха, разчитане на отпечатъка с електронно око и съответно изравняване на печатащите глави (вж. Фигура 3.1 на стр. 8).
Печат - След като са изпълнени предварителните условия, принтерът веднага започва отпечатването на слоевете, създадени от софтуера ZPrint. Машината вкарва прахови частици от бункера в задната част, разстила ги в слой с дебелина 0,004 инча (0.1 мм) напред отвъд платформата (вж. Фигура 3.2). След това печатащата глава се придвижва по този слой, като нанася свързващото вещество (и различни мастила при цветните модели) по повърхността на първия слой, изпратен от менюто. Свързващото вещество втвърдява праховата консистенция в това напречно сечение на прототипа, оставяйки останалата част от праховите частици, за да изсъхнат за рециклиране (вж. Фигура 3.3). В този момент, буталото под камерата намалява праховото легло до 0,004 инча (0.1 мм), като го подготвя за следващия слой (вж. Фигура 4.1 на стр. 9). Цикълът се повтаря, докато прототипът бъде изпълнен изцяло (вж. Фигура 4.2).
• Обезпрашаване/рециклиране - Когато процесът приключи, прототипът се оставя да виси в праха, за да се изсуши. В края на времето за сушене, машината автоматично премахва повечето от праха от прототипа, чрез вакуум налягане и вибрации на дъното на камерата. Така освободените прахови частици се придвижват пневматично чрез системата, филтрират се и се връщат на бункера за повторна употреба (вж. Фигура 4.3). След това се отваря предната част на машината и прототипът се премества в камерата за обезпрашаване. Тук детайлът се пръска със сгъстен въздух за премахване на последните следи от прах (този материал, също се всмуква автоматично обратно в машината и се рециклира за бъдеща употреба). Целият прах, който влиза в принтера в крайна сметка се превръща в прототип. Няма загуби и нищо не се разпилява. Зареждането, премахването и рециклирането на праховите частици са част от затворена система, поддържана от постоянно отрицателно налягане.