Témata
Reklama

Technologie Rapid Prototypingu

Mezi nejvýznamnější technologie Rapid Prototypingu patří stereolitografie a selective laser sintering. Prototyp vzniká přímým využitím konstrukčních 3D dat, v prvním případě vytvrzováním epoxidové pryskyřice pomocí laserového paprsku, v druhém laserovým spékáním nejčastěji polyamidového nebo kovového prášku.

Smyslem technologie Rapid Prototyping (RP), používané převážně v plastikářském průmyslu, je vytvoření reálného modelu z počítačových dat, a to v co nejkratším čase a v co možná nejvyšší kvalitě. V dnešní době, v souvislosti se zkracováním doby vývoje výrobků při rostoucích požadavcích na kvalitu, je tento cíl dvojnásob důležitý. Technologií rychlé výroby prototypů (Rapid Prototyping) je celá řada. Mezi nejpoužívanější a nejefektivnější RP technologie patří stereolitografie (STL) a selective laser sintering (SLS), obě pracující na podobném principu. Volba nejvhodnější RP technologie závisí na účelu a na požadovaných vlastnostech konečného dílu. V následujících dvou částech si podrobněji popíšeme princip obou technologií.
Reklama
Reklama

Stereolitografie

Stereolitografický stroj je složen ze tří hlavních částí: z pracovní komory, řídicí jednotky a opticko-laserového systému. V pracovní komoře je umístěna nádoba s epoxidovou pryskyřicí, ve které se ve směru osy Z pohybuje platforma a nůž zajišťující rovinu pryskyřice v každé vrstvě. Řídicí jednotka obsahuje počítač, který ovládá celý stroj - od nastavení parametrů laseru až po řízení procesu výroby. Poslední část, opticko-laserový systém, se skládá z plynového či pevnolátkového laseru, čoček a soustavy zrcadel pro nasměrování laserového paprsku.
Před samotnou stavbou na stereolitografu se nejprve počítačový model zbaví případných chyb, jako jsou převrácené trojúhelníky, špatné hrany a tzv. díry v modelu. Poté se určí nejvhodnější poloha modelu tak, aby se minimalizovaly dokončovací práce, vygenerují se podpory a nakonec se vše přeloží do speciálního formátu, v němž je definován tvar jednotlivých vrstev modelu. Tyto vrstvy mohou být silné 0,05 až 0,15 mm, což zaručuje dosažení i těch nejmenších detailů. Stavba stereolitografického (SLA) modelu je založena na postupném vykreslování 2D vrstev na hladinu pryskyřice laserovým paprskem. V místě dopadu paprsku je pryskyřice vytvrzena a platforma se posune o zadaný krok (vrstvu) v ose Z směrem dolů. Před vykreslováním každé vrstvy zarovná nůž hladinu pryskyřice tak, aby byla zachována tloušťka vrstvy. Poté se celý proces opakuje tolikrát, dokud není vykreslena poslední vrstva. Uchycení modelu k platformě je dosaženo výše zmíněnými podporami, které model fixují v dané poloze a zabraňují jeho zborcení. Podpory musí být řešeny tak, aby se daly co nejsnáze z modelu odstranit a zároveň neovlivnily výslednou kvalitu povrchu. Po skončení stavby (vykreslení poslední vrstvy) se model vyjme a dokonale umyje od nevytvrzené pryskyřice. Na finální vytvrzení slouží UV komora, kde model získá požadovanou pevnost a opracovatelnost.
Úloha master modelu vzniklého v prototypové výrobě je velmi různorodá, počínaje designérskou studií, ověřením funkčnosti celé sestavy přes silikonové a vstřikolisové formy až po výrobu sádrové formy pro odlitky z hliníkových a hořčíkových slitin. Výhoda stereolitografického master modelu tkví v možnostech povrchového dokončování - od běžného broušení přes pískování až po lakování a leštění. Mezi nejvýznamnější přednosti celé stereolitografie patří zejména rychlost výrobního procesu při udržení vysoké kvality a detailnosti modelu s ohledem na jeho cenu, dále vyhovující přesnost (v rozmezí 0,05 ÷ 0,2 mm/100 mm) a široké spektrum použití.
Důležité je i použití STL v medicíně, kdy se data z tomografu nebo magnetické rezonance převedou pomocí speciálního softwaru na objemový model, který je následně použit při výrobě stereolitografického modelu. Lze tak například zkrátit dobu přípravy komplikované operace nebo usnadnit výrobu náhrady (implantátu) za poškozený kloub.

Selective laser sintering

Technologie SLS je obdobou stereolitografie, avšak s několika podstatnými rozdíly. Jako stavební materiál je používán jemný prášek; podle typu aplikace může jít o polyamidy používané pro plastové výrobky pro přímou aplikaci, o kovové prášky sloužící k výrobě kovových prototypů nebo nástrojů či o práškový písek pro výrobu kovových prototypů odléváním do písku.
Platforma se nepohybuje v materiálu, ale materiál je na ni nanášen v jednotlivých vrstvách pomocí posuvného nože, jenž obstarává rovinu a tloušťku vrstvy. Ta může být silná od 0,1 mm do 0,2 mm. Pracovní komora je hermeticky uzavřena a naplněna inertním plynem (dusíkem) pro ochranu jakosti povrchu. Princip výroby je stejný jako u stereolitografie: laserovým paprskem (CO2 laser o max. výkonu 20 W) jsou vykreslovány jednotlivé vrstvy modelu. Podstatnou výhodou oproti stereolitografu je absence podpor, jelikož model je pevně usazen v prášku, který jej obklopuje. Po skončení výrobního procesu je nutné nejprve nechat prášek vychladnout na teplotu, při níž lze model vyjmout a očistit od zbylého prášku.
Výhoda SLS modelů oproti STL spočívá v jejich vyšší pevnosti, která je srovnatelná s pevností sériových materiálů. Proto se modely používají zejména pro zkoušky, při kterých je potřeba ověřit funkčnost dílu v praxi. Díky použití prášku a větší tloušťce vrstev však nelze u SLS modelů vyrobit takové detaily jako u STL modelů z pryskyřice. Na druhou stranu doba trvání výroby je kratší. Další výhodou je ekonomičnost výroby - pokud je nutné vyrobit například pouze 3 kusy daného dílu pro ověření pevnosti, je zbytečně nákladné a zdlouhavé vyrábět STL model a z něj odlitky (např. vakuovým litím).
SLS technologie nachází využití také ve slévárenství, a to především u metod přesného lití - s využitím vypalitelného modelu. Používaným materiálem je v tomto případě polystyren, který je následně nasycen voskem. Zpracování takového modelu je do jisté míry shodné se zpracováním klasického voskového modelu.
Z porovnání je zřejmé, že každá RP technologie má svá pro i proti a volba způsobu výroby prototypového modelu závisí na důkladném posouzení mnoha aspektů použití výsledného dílu. Obě tyto technologie, STL i SLS, nabízí pražská firma 3D Tech spol. s r. o.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 20144
Datum: 06. 02. 2002
Rubrika: Trendy / Automatizace
Autor:
Firmy
Související články
Současný vývoj v oblasti svařování

Svařování, resp. spojování materiálů je v podstatě průřezová skupina technologií, která ovlivňuje prakticky všechny průmyslové obory. Některé obory by bez svařování a dalších způsobů spojování materiálů dnes již nemohly vůbec existovat, např. výroba automobilů, výroba konstrukcí ve stavebnictví a řady strojírenských složitých výrobků, včetně energetických zařízení.

Špičkové technologie dnes i zítra

Společnost Trumpf je renomovaný výrobce technologií na zpracování plechů a profilů a laserů pro průmysl. Výrobní historie se pomalu blíží celé stovce let a česká pobočka s obratem zhruba sto milionů eur za rok patří k důležitým průmyslovým hráčům nejen na českém trhu. Bylo proto jasnou volbou požádat ředitele společnosti Trumpf Praha Romana Haltufa, aby čtenářům MM Průmyslového spektra prozradil, kam se vývoj v tomto nepostradatelném oboru za minulá léta posunul.

Výroba založená na cloudových řešeních

Navzdory ekonomickým propadům a neustále se měnícímu pracovnímu prostředí zůstává výroba dlouhodobě a v celosvětovém měřítku hlavním zdrojem pracovních míst a zásadní oblastí tvorby hodnot. Přesto, že se postupně podařilo do značné míry vylepšit kvalitu vyráběných součástí a zvýšit efektivitu celého výrobního procesu, existují i nadále významné zdroje plýtvání, které se doposud nepodařilo efektivně vyřešit. V důsledku toho se provozní náklady v oblasti výroby vytrvale drží na vysoké úrovni. Existují však významné příležitosti umožňující tento trend zvrátit pomocí digitálních a cloudových řešení.

Související články
Bezobslužná výroba forem rychle a přesně

Požadavky na výrobce nástrojů pro vstřikování plastových dílců rostou kontinuálně, současně se zvyšuje tlak na ceny ze zemí s nízkými mzdami. Pro výrobu těchto nástrojů jsou proto vyžadovány obráběcí stroje, které jsou vysoce produktivní i velmi přesné, aby bylo možné snížit náklady na opravu zmetků a rychle splnit přání zákazníků. Kromě toho musí "ladit" podpora ze strany výrobce stroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Využití výrobků z recyklovaných plastů

Plastové odpady a jejich využití je v současné době velmi diskutovaným tématem. Očista naší země je velice důležitá, protože spousta plastového odpadu končí na skládkách a ve vodách oceánů. Proč tento odpad nezpracovat v rámci recyklace na smysluplné výrobky?

Výuka a výzkum aditivních technologií

Inovativní výrobní technologie nacházejí své místo také v technickém vzdělávání. Do svých osnov je dříve či později zakomponovaly všechny technické vysoké školy. Avšak pořízení nákladných technologií se neobejde bez podpory ze strany průmyslového výzkumu. Na Fakultě strojní ČVUT v Praze nyní disponují úplně novým zařízením M2 cusing pro výrobu dílů metodou DMLS německého výrobce Concept Laser, dnes působící pod značkou GE Additive. Stroj dodala společnost Misan a technologie slouží primárně pro výzkum v leteckém průmyslu.

Solární článek Amorton na Amperu

Kromě nových technologií v oblasti automatizační techniky, elektromechanických i polovodičových relé bude společnost Panasonic na Amperu 2019 představovat amorfní křemíkový solární článek - Amorton. Tento unikátní zdroj energie s dostatečným výkonem pro napájení elektroniky nezatěžuje životní prostředí žádnými CO2 či jinými skleníkovými plyny a je tak ideální ekologickou alternativou standardních baterií.

Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Automatizované pracoviště elektroerozivního obrábění

Společnost Mesit foundry má za sebou šedesátiletou zkušenost z výroby odlitků metodou vytavitelného voskového modelu a více jak padesátiletou historii výroby vstřikovacích forem. V současnosti je dodavatelem kvalitních vstřikovacích forem pro plasty a forem pro přesné lití kovů, které využívají zákazníci, například při dodávkách největším světovým automobilkám.

Značení s Mopa lasery

V posledních letech se lasery stávají dominantním způsobem značení produktů. V oblasti značicích technologií kontinuálně dochází k inovacím a lasery tak nahrazují čím dál více konvenční technologie.

Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Stroj na středění klikových hřídelí

Je všeobecně známo, že kliková hřídel je jednou z nejkritičtějších součástek motoru s vnitřním spalováním a jedním z nejsložitějších a nejkomplexnějších dílů z hlediska obrábění. Potřeba přesného vyvážení klikové hřídele, která je rozhodujícím faktorem pro celkovou účinnost motoru, se stala ještě důležitější, jelikož výrobci automobilů usilují o snižování emisí CO2 prostřednictvím lepšího výkonu motoru a strategií spočívajících v odlehčování. Díky různým vylepšením, kterých se v průběhu let dosáhlo v procesech kování a odlévání, už mají neopracované komponenty klikové hřídele téměř požadovaný tvar s mnohem menším množstvím přebývajícího materiálu. To znamená, že na konečné klikové hřídeli je třeba obrábět méně částí. Přináší to s sebou také zvýšenou potřebu přesného vyvážení se zmenšenou velikostí protizávaží, které se při vytváření těžiště často provádí.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit